- Với mụ ờt mảng hỡnh lớn (tần số thấp) thỡ quan trọng hơn những hỡnh ch
4.4.3.4. Thụng tin đă ờc tả chương trỡnh PSL (Program specific information)
Như đó đề cõ ờp, mụ ờt dũng truyền tải đa chương trỡnh gồm mụ ờt số cỏc chương trỡnh, mỗi chương trỡnh lại gồm mụ ờt số dũng cơ cấp. Do đú, hờ ờ thống cần theo dừi
tất cả cỏc dũng số liờ ờu khỏc nhau và cỏc PID liờn hệ. Bởi vậy, bờn cạnh dũng thụng tin audio và video, hờ ờ thống truyền tải MPEG - 2 cũng mang thụng tin điều khiển và quản lý. Cỏc thụng tin này được sử dụng để nhúm cỏc dũng audio và video riờng rẽ trong mụ ờt chương trỡnh.
Tất cả cỏc cấu trỳc thụng tin điều khiển và quản lý chương trỡnh được nhúm họp trong “Thụng tin đă ờc tả chương trỡnh - Program Specific Information - PSI”. Về cơ bản, PSI là mụ ờt tõ ờp hợp cỏc bảng kết nối với nhau. Bao gồm:
* Program Association Table (PAT): Bảng liờn kết chương trỡnh * Program Map Table (PMT): Bảng bản đồ chương trỡnh.
* Network Information Table (CAT): Bảng truy xuất cú điều kiện.
Cỏc thụng tin đă ờc tả chương trỡnh PSI bao gồm cỏc loại thụng tin: PAT, PMT, NIT và CAT. Thụng tin bảng liờn kết chương trỡnh PAT là điểm bắt đầu của dũng truyền tải đa chương trỡnh và được tỡm thấy trong cỏc gúi truyền tải cú số PID = 0
Thụng tin PAT bao gồm số thứ tự chương trỡnh và mụ ờt số PID tương ứng với mỗi chương trỡnh. Giỏ trị PID này xỏc định cỏc gúi truyền tải mang mụ ờt thụng tin đă ờc tả khỏc là MAP (Bảng bản đụ ờ chương trỡnh).
Thụng tin MAP cú mụ ờt trường hợp gọi là PID - sơ cấp (Elementary PID). Trường này xỏc định số PID của cỏc gúi truyền tải mang dữ liờ ờu PES (Packet Elementary Stream) của mụ ờt số chương trỡnh xỏc định.
Trong hỡnh dưới đõy cho ta thấy: Bảng PAT xỏc định đối với chương trỡnh số 15 thỡ thụng tin bản đồ chương trỡnh (MAP) nằm trong cỏc gúi cú số PID là 200. Gúi PES video cho chương trỡnh số 15 được tỡm thấy trong cỏc gúi truyền tải cú số PID - 500. Cỏc gúi audio tương ứng của chương trỡnh này nằm trong cỏc gúi truyền tải cú số PID 510 và 520.
Trường cũn lại trong thụng tin BMT là trường “đă ờc tớnh dũng” - (Stream Type) xỏc định loại dũng PES (video, audio, hay dữ liờ ờu khỏc) của gúi truyền tải ứng với giỏ thị trường PID - sơ cấp xỏc định.
Thụng tin MAP cũn cú mụ ờt trường hợp gọi là “Mụ phỏng dũng” - (Stream Descriptror) được sử dụng để mang thụng tin bổ trợ cho dũng bit thuụ ờc chương
Bảng thông tin mạng NIT Thông tin về mạng cung cấp Thông tin điều khiển trộn Bảng sơ đồ ch ơng trình PMT (cho ch ơng trình số 15) (Thuộc các gói truyền tải có số PID=1)
Số thứ tự
ch ơng trình Số PID Số PID
Số thứ tự ch ơng trình
Bảng truy xuất có điều kiện CAT (Thuộc các gói truyền tải có số PID=1)
15 10 2 1 0 200 100 .... ... 37 123 65 Video PRC Audio 1 Audio 2 500 500 510 520 Bảng liên kết ch ơng trình PAT
(thuộc các gói TS có số PID=0)
trỡnh. “Video Descriptror” (mụ phỏng video) cung cấp thụng tin về tỉ số lấy mẫu tớn hiờ ờu màu, profle @ level hoă ờc tốc đụ ờ khung sử dụng cho dũng video sơ cấp.
Trong bảng PAT, chương trỡnh số 0 mang mụ ờt ý nghĩa đă ờc biờ ờt, cỏc gúi chứa số PID tương ứng chương trỡnh số 0 trong bảng PAT mang mụ ờt ý nghĩa đă ờc biờ ờt, cỏc gúi chứa số PID tương ứng chương trỡnh số 0 trong bảng PAT mang thụng tin NIT (bảng thụng tin mạng).
Thụng tin NIT mang dữ liờ ờu về mạng cung cấp. MPEG - 2 khụng xỏc định nụ ời dung bảng thụng tin mạng, nú thuụ ờc về nhà phõn phối mạng.
Cấu trỳc PSI cuối cựng là bảng truy xuất cú điều kiờ ờn CAT mang thụng tin về số PID của cỏc gúi truyền tải (TS) chứa dữ liờ ờu về hờ ờ thống trụ ờn, xen. Thụng tin CAT được truyền tải trong cỏc gúi TS cú số PID = 1.
Hỡnh 4.17 Mối quan hờ ờ giữa cỏc bảng PSI. 4.4.4. Định thời và đồng bụ ờ sử dụng dòng truyền tải MPEG – 2.
Trong hờ ờ thống MPEG - 2, viờ ờc định thời hỗ trợ giải mó cũng như kiểm tra đồng bụ ờ thu phỏt (Encoder - to - Decoder) được thực hiờ ờn nhờ ba dạng thụng tin gọi là “ tem thời gian” (Time Stamp). Đú là:
* Tem thời gian mó hoỏ DTS ( Decode Time Stamp) * Tem thời gian trỡnh diễn PTS (Presentation Time Stamp)
* Tem thời gian tham chiếu chương trỡnh PCS (Program Clock Reference). Trong quỏ trỡnh giải mó, bụ ờ giải mó MPEG - 2 tõ ờp hợp cỏc gúi truyền tải cú cựng số PID và khụi phục lại cỏc đơn vị truy cõ ờp. Tại thời điểm này, cú thể chưa phải thời điểm giải mó cỏc dữ liờ ờu audio và video nhõ ờn được, bởi vỡ thứ tự truyền dẫn ảnh khỏc với thứ tự hiển thị ảnh, như nhúm ảnh được truyền dẫn theo thứ tự IPBB sẽ cú thứ tự hiển thị là IBBP.
Để hỗ trợ cho viờ ờc giải mó, MPEG - 2 sử dụng hai dạng tem thời gian PTS và DTS. Cỏc thụng tin này nằm trong phần Header của gúi PES (Packetized Elementary Stream). Chỳng xỏc định khi nào dữ liờ ờu được giải mó và trỡnh diễn. DTS chỉ được sử dụng nếu thời gian giải mó đơn vị truy cõ ờp khỏc so với thời gian
Program-Clock reference Base Program-Clock reference Extention 9 bit 33 bit 90 KHz 27 KHz chuẩn 27 MHz chuẩn đồng hồ Bộ thu Bộ dải mã dòng chuyển tải chuyển tải Định dạng dòng PCR địa ph ơng Gói 188
byte truyền tảiPCR đ ợ c Dòng Video R-601 PCR=X Mã hóa Video Lọc thông thấp 27MHz Đồng hồ 27MHz So sánh PCR=X thời gian của N bit Đúng N bit
trỡnh diễn. DTS khụng kết hợp với cỏc ảnh B bởi vỡ cỏc ảnh dự bỏo hai chiều này luụn được hiển thị ngay khi bờn thu nhõ ờp được dữ liờ ờu ảnh.
Để kiểm tra đồng hụ ờ thu và phỏt (kiểm tra tớnh đồng bụ ờ giữa đồng hồ bụ ờ giải mó và đồng hồ sử dụng cho bụ ờ mó hoỏ và ghộp kờnh), MPEG - 2 sử dụng tem thời gian PCR được truyền đi mụ ờt cỏch tuần hoàn.
CCIR - 601 quy định tần số lấy mẫu tớn hiờ ờu chúi là 13,5 MHz và 6,75 MHz cho hai tớn hiờ ờu màu với cấu trỳc lấy mẫu 4:2:2. Nờn đồng hồ 27 MHz là đồng hồ tham chiếu cho toàn bụ ờ hờ ờ thống MPEG - 2.
Thụng tin PCR được truyền tải trong hai phần thuụ ờc trường thớch nghi (Adaption - Field) thuụ ờc phần Header của gúi truyền tải TS (Transport Packet Header). Hai phần này được gọi là: “Tham chiếu đồng hồ cơ bản” (Program Clock Reference Base) và “Tham chiếu đồng hồ chương trỡnh mở rụ ờng” (Program Clock Reference Extention).
Hỡnh 4.18 Thụng tin đồng hồ hờ ờ thống PCR.
Hai phần này tương ứng với hai bụ ờ đếm làm viờ ờc với tần số 90KHz và 27MHz. Khi dung lượng bụ ờ đếm 27MHz đạt tới giỏ trị 300 thỡ nú Reset về 0 và dung lượng bụ ờ đếm 90KHz tăng lờn 1.
Lý do của viờ ờc chia đụi thụng tin PCR là do thời gian gốc của dũng dữ liờ ờu MPEG -1 chỉ là 90KHz, 27MHz là phần mở rụ ờng tương ứng đường đi thứ hai trong hỡnh sau:
Hỡnh 4.19 Sự đồng bụ ờ húa thu phỏt.
Thụng tin PCR cú đụ ờ dài 33 bit cho phần cơ bản và 9 bit cho phần mở rụ ờng tạo ra bụ ờ đếm 42 bit đủ để đỏp ứng cho dũng dữ liờ ờu chương trỡnh kộo dài 24 tiếng.
MPEG - 2 quy định thụng tin PCR được truyền ớt nhất 10 lần/s. Nụ ời dung thụng tin PCR chứa giỏ trị đồng hồ chớnh xỏc của bờn phỏt. Với quy ước thời gian trễ truyền dẫn là khụng đổi, bờn thu so sỏnh giỏ trị PCR nhõ ờn được với giỏ trị đồng hồ 27 MHz địa phương của nú. Nếu cú sai số, sai số này sẽ được sử dụng để điều chỉnh đồng hồ 27MHz địa phương của nú. Nếu cú sai số, sai số này sẽ được sử dụng để điều chỉnh đồng hồ thu đồng bụ ờ theo đồng hồ phỏt. Quỏ trỡnh điều khiển này được thực hiờ ờn bằng phần mềm điều khiển PLL.
Chương 5 Nộn tớn hiệu AUDIO
Tớn hiệu Audio số PCM được sử dụng trong TV, truyền thụng đa phương tiện cũng như trong nhiều ứng dụng khỏc. Cỏc dũng số này cú tốc độ bit rất cao. Khi õm thanh được lấy mẫu với tần số 48 KHz và độ phõn giải là 16 bit thỡ dũng số tạo ra sẽ
cú tốc độ lờn đến 4,5 Mb/s. Bởi vậy, yờu cầu phải cú một phương phỏp nộn hiệu quả cho lưu trữ dữ liệu thời gian dài cũng như phõn phối dữ liệu qua cỏc kờnh cú bề rộng dải thụng hẹp.
Việc nộn audio hiện nay được tổ hợp trong cỏc ứng dụng đa phương tiện trờn cơ sở là mỏy tớnh, cho sự phõn phối chương trỡnh trờn đĩa CD – ROM và mạng. Nú cũng được sử dụng trong truyền dẫn qua vệ tinh quảng bỏ (Digital Broadcast Satelite – DBS).
5.1 Cơ sở của nộn dữ liệu Audio.
Nộn tớn hiệu Audio được thực hiện dựa trờn cơ sở là mụ hỡnh tõm lý thớnh giỏc của con người, sự hạn chế về mặt cảm nhận và hiện tượng che lấp cỏc thành phần tớn hiệu õm.
5.1.1. Mụ hỡnh tõm lý thớnh giỏc.
Hệ thống thớnh giỏc của con người (Human Auditory System – HAS) cú đặc điểm như một bộ phõn tớch phổ. Nú chia dải phổ õm thanh nghe thấy thành cỏc băng tần gọi là cỏc “Băng tới hạn – critical bands”, như một dóy cỏc bộ lọc thụng dải. Cỏc băng này cú bề rộng dải thụng là 100Hz với cỏc tần số dưới 500Hz và tăng theo tần số tớn hiệu với cỏc tần số lớn hơn 500Hz, cú thể mụ hỡnh húa hệ thống cảm nhận của con người bằng 26 bộ lọc thụng dải liờn tiếp cú bề rộng dải thụng như đó núi.
Khi tớn hiệu õm thanh bao gồm cỏc tần số liền kề nhau, hệ thống thớnh giỏc con người (HAS) sẽ tổ hợp chỳng thành một nhúm cú năng lượng cõn bằng. Ngược lại, nếu õm thanh bao gồm nhiều tần số khỏc biệt nhau, chỳng sẽ được xử lý tỏch biệt và độ lớn õm được xỏc định.
Tớnh nhạy cảm của HAS giảm tại cỏc tần số cao và tần số thấp. Điều này cú nghĩa rằng đối với mức õm thấp thỡ sự thay đổi trong cảm nhận của con người là rất quan trọng và sẽ giảm dần tại cỏc mức cao.
5.1.2. Sự che lấp tớn hiệu Audio.
Hệ thống thớnh giỏc con người cũn cú một đặc điểm vụ cựng quan trọng, đú là tớnh che lấp “masking”. Cú hai dạng che lấp đú là: Che lấp thời gian và che lấp tần số. Tiến hành thực nghiệm đối với hệ thống thớnh giỏc, người ta đó xõy dựng được đặc tuyến che lấp trong miền thời gian và trong miền tần số.
100 50 20 10 0 40 30 70 60 90 80 110
Tín hiệu không nghe thấy 500 30 50 100 Ng ỡ ng tuyệt đối Mức áp suất âm SPL (dB) Ng ỡ ng nghe đ ợ c bị biến đổi bởi âm che lấp
5K 10K 20K
1K Tần số (Hz)
Kết quả che lấp tạo bởi âm 1KHz, 45dB Kết quả che lấp tạo bởi âm 1KHz, 56dB
* Che lấp tần số:
Sự che lấp về mặt tần số là hiện tượng một õm thanh nghe thấy ở tần số này bỗng trở nờn khụng cảm nhận được do ngưỡng nghe thấy bị dõng lờn vỡ sự cú mặt của một õm thanh ở tần số khỏc cú cường độ mạnh hơn.
Hỡnh 5.1 Ngưỡng nghe thấy tuyệt đối và ngưỡng che phủ tần số.
Để tai người nghe cú thể nghe thấy bất cứ một õm thanh ở tần số nào cũng phải cú mức ỏp suất lớn hơn một giỏ trị ngưỡng xỏc định. Tập hợp tất cả cỏc giỏ trị ngưỡng này đối với tất cả cỏc õm đơn trong dải tần nghe được tạo nờn một đường cong gọi là “Ngưỡng nghe thấy tuyệt đối” là đường đậm nột ở hỡnh trờn. Tất cả cỏc õm thanh nằm dưới đường này đều khụng cú khả năng được con người cảm nhận.
Sự xuất hiện của một õm thanh cú cường độ cao ở một tần số nào đú, sẽ làm đường cong này biến đổi đi. Trong hỡnh vẽ trờn, õm 1KHz với mức õm 45dB đó làm ngưỡng nghe thấy tuyệt đối dõng lờn 27dB. Điều này cú nghĩa là những tạp õm dưới 27dB là khụng nghe thấy. Nếu sử dụng thang lượng tử cú 6 dB/bước nhảy thỡ chỉ cần 3 bit để mó húa õm này vỡ giỏ trị vi sai ở đõy là 45 – 27 = 18dB.
Tín hiệu không nghe thấy -50 0 50 100 150 200 250 300 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 Mức cảm nhận (dB) Thời gian (ms) Tín hiệu che lấp Che lấp liên tục
Che phủ tr ớ c Che phủ sau
Nếu mức õm 1KHz tăng lờn tới 65dB thỡ mức che phủ sẽ tăng lờn 55dB, giỏ trị vi sai lỳc này chỉ cũn 10dB và cú thể mó húa bằng 2 bit.
Việc che phủ tần số trước và sau cũng rất quan trọng. Như trờn hỡnh vẽ õm 1 KHz cũng làm ngưỡng nghe thấy của cỏc õm tần số xung quanh dõng lờn. Sự che phủ tần số phớa sau quan trọng hơn và tăng theo mức õm. Điều này cho phộp giảm độ chớnh xỏc mó húa cho những tần số tớn hiệu xung quanh õm che phủ. Những õm đơn tần xung quanh 1KHz cú mức õm nhỏ hơn đường cong che phủ sẽ khụng cú khả năng cảm nhận và khụng cần thiết phải mó húa và vẫn khụng làm ảnh hưởng tới chất lượng cảm nhận của con người. Hệ thống nộn dựa trờn đặc điểm này được gọi là hệ thống nộn theo thớnh giỏc.
* Sự che phủ thời gian.
Để tai người cú thể nghe thấy, bất cứ một õm thanh ở tần số đơn nào cũng phải cú mức ỏp suất õm lớn hơn một giỏ trị ngưỡng xỏc định. Tập hợp tất cả cỏc giỏ trị ngưỡng này đối với tất cả cỏc õm đơn trong dải tần nghe được tạo nờn một đường cong gọi là “ngưỡng nghe thấy tuyệt đối”.
Hỡnh 5.2 Sự che lấp về thời gian.
Sự che phủ thời gian là hiện tượng tai người chỉ cảm nhận được õm sau khi õm đú bắt đầu khoảng 200 ms và cú cảm tưởng õm thanh cũn kộo dài khoảng 200 ms nữa sau khi õm thanh đó đứt. Ngoài ra, thớnh giỏc cũng khụng phõn biệt được khoảng ngừng nhỏ hơn 50 ms giữa hai õm thanh giống nhau đi liền nhau.
5.2. Cụng nghệ giảm tốc độ nguồn dữ liệu Audio số.
Cụng nghệ mó húa nguồn được sử dụng để loại bỏ đi sự dư thừa trong tớn hiệu Audio (khi giỏ trị vi sai mẫu – mẫu xấp xỉ bằng giỏ trị 0) cũn cụng nghệ che lấp dựa trờn mụ hỡnh tõm lý thớnh giỏc của con người cú tỏc dụng loại bỏ cỏc mẫu khụng cú giỏ trị cảm nhận (cỏc mẫu khụng nghe thấy). Cú hai cụng nghệ nộn cơ bản đú là:
* Mã húa dự bỏo miền thời gian: Sử dụng mó húa vi sai, mó húa cỏc giỏ trị
chờnh lệch giữa cỏc mẫu liờn tiếp nhau để loại bỏ sự dư thừa thụng tin nhằm thu được dũng bit tốc độ thấp.
* Mã húa chuyển đổi miền tần số: Cụng nghệ này sử dụng cỏc khối mẫu
PCM tuyến tớnh biến đổi từ miền thời gian thành một số nhất định cỏc băng tần trong miền tần số.
Hiện tượng che lấp là hiện tượng quan trọng nhất xảy ra trong miền tần số, để lợi dụng đặc điểm này thỡ phổ tớn hiệu audio được phõn tớch thành nhiều băng
Dòng bit mã hóa Dòng mã
hoá Bộ phân phối bit
C h ọ n k ê n h Thông ti Phân phối bit L ợ ng tử và mã hóa Dã y bộ lọc Tín hiệu vào Mô hình tâm lý thính giác
phụ cú độ phõn giải thời gian và tần số phự hợp với bề rộng cỏc băng tần tới hạn của HAS. Mỗi băng phụ chứa một số thành phần õm rời rạc.
Cấu trỳc bộ mó húa audio cơ bản như sau:
Hỡnh 5.3 Bộ mã húa tớn hiệu audio. * Bộ lọc đa băng tần:
Bộ lọc đa băng tần (hoặc gọi là dóy bộ lọc) làm nhiệm vụ tỏch phổ tớn hiệu thành cỏc băng con, cú ba cỏch thực hiện dóy bộ lọc:
+ Dóy băng con: Phổ tớn hiệu được chia thành cỏc băng tần phụ cú độ rộng như nhau tương tự như khi chia phổ tần thành cỏc băng tần tới hạn của hệ thống