Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
nén tín hiệu trong truyền hình số
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................3
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH...........................................................5
CHƯƠNG I: TRUYỀN HÌNH ĐEN TRẮNG...............................................5
1.1.S t ng quát c a h th ng truy n hình en- tr ng ơđồ ổ ủ ệ ố ề đ ắ ......................................5
1.2. c i m máy thu hình Đặ đ ể ...................................................................................6
CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH MÀU.........................................................10
2.1.Nguyên lý truy n hình m u ề à ..........................................................................10
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu............................................10
2.1.2.Sơ đồ khối máy thu hình màu.........................................................12
2.2.Các h truy n hình m u ệ ề à ................................................................................14
2.2.1. Hê truyền hình màu NTSC.............................................................14
2.2.2. Hệ truyền hình màu PAL...............................................................15
2.2.3.Hệ truyền hình màu SECAM..........................................................15
CHƯƠNG III: TRUYỀN HÌNH SỐ............................................................17
3.1 Khái ni m truy n hình s ệ ề ố..............................................................................17
3.2. c i m c a thi t b truy n hình s . Đặ đ ể ủ ế ị ề ố...........................................................19
PHẦN II: CÁC VẤN ĐỀ SỐ HOÁ TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH..........................22
CHƯƠNG I: CÁC VẤN ĐỀ SỐ HOÁ TÍN HIỆU VIDEO.......................22
1.1. Số hoá tín hiệu video...............................................................................22
1.1.1. Biến đổi tương tự sang số...............................................................22
1.1.2. Tín hiệu video và biến đổi tín hiệu video.......................................24
1.2. L y m u tín hi u video. ấ ẫ ệ ................................................................................25
1.2.1. Quan hệ toán học............................................................................25
1.2.2 Chọn tần số lấy mẫu:.......................................................................28
1.2.3. Cấu trúc lấy mẫu............................................................................31
1.2.4. Các thông số lấy mẫu tối ưu...........................................................34
1.3. L ng t hoá tín hi u video. ượ ử ệ ........................................................................35
1.3.1. Lượng tử hoá tín hiệu ....................................................................35
1.3.2.Nhiễu do lượng tử hoá tín hiệu.......................................................35
1.4. Mã hoá tín hi u video . ệ ................................................................................36
1.4.1. Mã hoá tín hiệu rời rạc...................................................................36
1.4.2. Các loại mã.....................................................................................36
CHƯƠNG II: CÁC VẤN ĐỀ SỐ HOÁ TÍN HIỆU AUDIO.....................39
2.1. S hoá tín hi u audio. ố ệ ...................................................................................39
2.1.1. Số hoá tín hiệu audio.....................................................................39
2.1.2. Truyền tín hiệu âm thanh trong tín hiệu video...............................40
PHẦN III: NÉN TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ....................................42
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NÉN.........................................................42
1.1. M u. ở đầ .........................................................................................................42
1.2. Mô hình nén nh. ả .........................................................................................43
1.3. Các c i m c a nén tín hi u s . đặ đ ể ủ ệ ố................................................................44
1.3.1.Xác định hiệu quả của quá trình nén tín hiệu số.............................44
1.3.2. Độ dư thừa số liệu..........................................................................44
1.3.3. Sai lệch bình phương trung bình....................................................45
1.4. Lí thuy t thông tin Entropy . ế ........................................................................45
1.5. Các ph ng pháp nén. ươ ..................................................................................46
1.5.1. Nén không tổn hao.........................................................................47
1.5.2. Nén có tổn hao...............................................................................48
1
CHƯƠNG II: CÁC DẠNG MÃ HOÁ SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ
NÉN.................................................................................................................49
2.1. Mã RLC (Run Length coding)......................................................................49
2.2. Mã shannon...................................................................................................49
2.3. Mã huffman...................................................................................................49
2.4. Ph ng pháp mã d oán (DPCM). ươ ự đ .............................................................49
2.5. Ph ng pháp chuy n v . ươ ể ị ................................................................................50
CHƯƠNG III: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ NÉN VIDEO..............................51
3.1. Nén Video công ngh i u xung mã vi sai – DPCM. ệ đ ề ..................................51
3.1.1. Xử lý giải tương hỗ trong công nghệ DPCM.................................51
3.1.2. Kỹ thuật tạo dự báo........................................................................52
3.1.3. Lượng tử hoá sai số dự báo............................................................52
3.1.4. Khái niệm bù chuyển động (motion compensatio) và vecto chuyển
động (motion vector)................................................................................53
3.1.5. Ước lượng chuyển động bằng phương pháp tìm kiếm khối tương
đồng (Block matching).............................................................................54
3.1.6. Hệ thống DPCM có bù chuyển động.............................................55
3.2. Nén video công ngh : Mã hoá chuy n i. ệ ể đổ ...................................................56
3.2.1. Xử lý tương hỗ trong công nghệ TC..............................................56
3.2.2. Biến đổi cosin rời rạc (discrete cosin transform-DCT)..................57
3.2.3. Lượng tử hoá các hệ số DCT.........................................................57
3.2.4. Quét các hệ số DCT.......................................................................59
3.2.5. Mã hoá các hệ số DCT...................................................................60
3.2.6. Hệ thống nén video công nghệ mã hoá chuyển đổi.......................60
3.3. S k t h p các công ngh nén. ự ế ợ ệ ......................................................................62
CHƯƠNG IV: NÉN VIDEO THEO TIÊU CHUẨN MPEG.....................65
4.1. Khái quát v các tiêu chu n nén. ề ẩ ..................................................................65
4.2. Nén video theo MPEG -1..............................................................................66
4.2.1. Các thành phần ảnh cơ bản trong chuẩn nén MPEG......................68
4.2.2. Sự phân loại ảnh MPEG.................................................................72
4.2.3. Tiêu chuẩn MPEG –1.....................................................................75
4.2.4. Hệ thống nén MPEG –1.................................................................77
4.3. Nén tín hi u video theo MPEG –2. ệ ............................................................79
4.3.1. Cấu trúc dòng bit video MPEG –2.................................................81
4.3.2. Khả năng co dãn của MPEG –2.....................................................82
4.3.3. Đặc tính và định mức (profile and level).......................................83
4.3.4. MPEG-2 4:2:2P@ML....................................................................85
4.3.5. MPEG –2 đối với phát sóng và SXCT...........................................87
CHƯƠNG V: NÉN TÍN HIỆU AUDIO.......................................................88
5.1. C s c a nén tín hi u audio. ơ ở ủ ệ .......................................................................88
5.1.1. Mô hình tâm lý thính giác..............................................................88
5.1.2. Sự che lấp tín hiệu audio................................................................89
5.2. Công ngh gi m t c ngu n d li u audio s . ệ ả ố độ ồ ữ ệ ố...........................................91
5.3. Tiêu chu n nén Audio MPEG. ẩ ......................................................................95
MPEG –2........................................................................................................96
KẾT LUẬN CHUNG.................................................................................................97
THUẬT NGỮ TIẾNG ANH...................................................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................104
2
LỜI NÓI ĐẦU
Truyền hình đóng một vai trò rất quan trọng trong đời sống con người.
Ngay từ khi ra đời truyền hình đã nhanh chóng và thực sự trở thành một ngành
công nghiệp. Nền công nghiệp truyền hình yêu cầu những kĩ thuật rất cao, việc
nghiên cứu áp dụng các thành tựu khoa học kĩ thuật đã tao ra những thay đổi
lớn. Truyền hình mầu ra đời vào những năm 50, 60 của thế kỷ XX cho phép
3
người xem cảm nhận được hình ảnh với các mầu sắc trung thực. Trong các hệ
truyền hình phân giải cao-HDTV (high definition television) chất lượng âm
thanh và hình ảnh được cải thiện rất nhiều so với các hệ truyền hình thông
thường, góc nhìn cũng bao quát hơn… Tóm lại, tất cả các kĩ thuật được sử dụng
nhằm phục vụ mục đích tối đa của con người.
Tuy nhiên, khi mà các hệ thống truyền hình còn đang dựa trên cơ sở tín
hiệu tương tự thì việc giải quyết các vấn đề trên cũng như việc phát triển các
chương trình truyền hình gặp phải những giới hạn khó có thể vượt qua, cho dù
đã khai thác hết tất cả các khả năng của nó. Trong khi đó kĩ thuật số với sự ứng
dụng trong các ngành công nghiệp truyền thông, máy tính đã thu được những
thành công to lớn, không ngừng phát triển và khẳng định ưu thế cũng như chỗ
đứng trong các kĩ thuật mới. Truyền hình số bắt đầu được nghiên cứu và các kết
quả thu được là khá khả quan. Với kĩ thuật số, các hệ thống truyền hình có thể
giải quyết được hầu hết các vấn đề mà kĩ thuật tương tự hầu như không giải
quyết được. Truyền hình số thực sự là một cuộc cách mạng, từ đó mở ra cho
nền công nghiệp này một giai đoạn mới đầy triển vọng.
Cùng với việc tăng độ phân giải và chất lượng hình ảnh số là những yêu
cầu rất lớn về dải thông của thiết bị truyền hình. Do vậy, trong truyền hình số
nén tín hiệu Video là một công đoạn không thể thiếu. Với khả năng của thiết bị
hiện nay đây là một trong những kĩ thuật chủ chốt cần thực hiện. Ngay từ những
thời điểm ban đầu của truyền hình số, các tổ chức Quốc tế đã tập chung nghiên
cứu các công nghệ nén tối ưu cũng như chuẩn hoá nó nhằm đạt được sự dễ
dàng trong giao tiếp các hệ thống khác nhau.
Quá trình số hoá tín hiệu là tất yếu. Ở nước ta hiện nay đã và đang có sự
chuyển hoá dần dần từ truyền hình tương tự sang truyền hình số. Tại các studio,
các camera chuyên dụng,…của đài truyền hình Việt Nam đã sử dụng kĩ thuật số.
4
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH
CHƯƠNG I: TRUYỀN HÌNH ĐEN TRẮNG
1.1.Sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền hình đen- trắng
Hệ thống truyền hình là một tập hợp các thiết bị cần thiết để đảm bảo các
quá trình phát và thu các hình ảnh trông thấy. Truyền hình được dùng vào nhiều
mục đích khác nhau. Tuỳ theo mục đích của truyền hình mà xác định chỉ tiêu kỹ
thuật của hệ thống cho phù hợp. Yêu cầu chung là ảnh nhận được trên màn hình
máy thu hình phải phản ánh trung thực vật cần truyền đi. Nhưng chất lượng ảnh
càng cao, thì thiết bị của hệ thống truyền hình càng phức tạp, cồng kềnh, đắt
tiền. Do đó, khi thiết kế các hệ thống truyền hình phải dung hoà các chỉ tiêu về
chất lượng ảnh, về kích thước,về kinh tế v.v… Song, dù với bất kỳ hệ thống
truyền hình nào cũng phải có sơ đồ khối tổng quát như sau:
Hình 1.1 : Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình đen trắng
Ảnh của vật cần truyền đi qua hệ thống quang học của máy quay
( camera) hội tụ trên catốt quang điện của bộ chuyển đổi ảnh tín hiệu. Ở bộ
chuyển đổi này, ảnh quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện , tức là chuyển
đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.
Ảnh vật
A
Bộ
chuyển
đổi ảnh –
tín hiệu
Bộ khuyếch
đại và gia
công tín
hiệu
Kênh
thông
tin
Bộ khuyếch
đại tín hiệu
Bộ
chuyển
đổi tín
hiệu - ảnh
Bộ tách
song xung
đồng bộ
Bộ tạo xung
đồng bộ
Ống
kính
Hình ảnh A’
5
Hình ảnh là tin tức cần truyền đi. Tín hiệu điện mang tin tức về hình ảnh
được gọi là tín hiệu hình hay gọi là tín hiệu video. Quá trình chuyển đổi ảnh
quang thành tín hiệu điện là quá trình phân tích ảnh. Dụng cụ chủ yếu để thực
hiện sự chuyển đổi này là phần tử biến đổi quang điện, hay còn gọi là ống phát
hình.
Tín hiệu hình được khuyếch đại, gia công rồi truyền đi theo kênh thông
tin ( hữu tuyến hoặc vô tuyến ) sang phía thu. Ở phía thu, tín hiệu hình được
khuyếch đại lên đến mức cần thiểt rồi đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu - ảnh. Bộ
chuyển đổi này có tác dụng ngược lại với bộ chuyển đổi ở phía phát, nó chuyển
đổi tín hiệu hình nhận được thành ảnh quang ( chuyển đổi năng lượng điện thành
năng lượng ánh sáng ). Quá trình chuyển đổi tín hiệu thành ảnh quang là quá
trình tổng hợp ảnh hay khôi phục ảnh. Dụng cụ để thực hiện sự biến đổi này là
phần tử biến đổi điện – quang, còn gọi là ống thu hình.
Quá trình chuyển đổi tín hiệu - ảnh phải hoàn toàn đồng bộ và đồng pha
với quá trình chuyển đổi ảnh – tín hiệu thì mới khôi phục được ảnh quang đã
truyền đi. Để thực hiện sự đồng bộ và đồng pha, trong hệ thống truyền hình phải
dùng một bộ tạo xung đồng bộ. Xung đồng bộ được đưa lên bộ chuyển đổi ảnh –
tín hiệu để không chế quá trình phân tích ảnh, đồng thời đưa đến bộ khuyếch đại
và gia công tín hiệu hình để cộng với tín hiệu hình rồi truyền sang phía thu, tín
hiệu hình đã cộng thêm xung đồng bộ gọi là tín hiệu truyền hình.
Ở phía thu, xung đồng bộ tách ra khỏi tín hiệu truyền hình và dùng để
khống chế quá trình tổng hợp ảnh ( khôi phục ảnh ).
1.2.Đặc điểm máy thu hình
Nhiệm vụ của máy thu vô tuyến truyền hình là tiếp nhận tín hiệu cao tần
cảm ứng trên anten thu, khuyếch đại và biến đổi tín hiệu đó thành tín hiệu hình
ảnh và tín hiệu âm thanh, khôi phục hình ảnh và âm thanh đã phát đi.
Máy thu hình có những đặc tính chung của máy thu thanh sóng cực ngắn.
Tuy nhiên vì tín hiệu hình có dải tần khá rộng, việc khôi phục hình ảnh trên ống
thu đòi hỏi khá nhiều mạch phụ; bên cạnh việc thu hình lại còn có cả việc thu
tiếng v.v…
6
Hình 1.2: Sơ đồ khối máy thu hình đen trắng
Trên hình 1.3 cho thấy dạng phổ của tín hiệu qua các bộ phận khác nhau
của máy thu hình theo hệ OIRT.
Hệ
AGC
Mạch đồng Mạch quét
bộ
Mạch cao áp
Bộ nguồn áp
thấp
Tách
sóng
Khuyếch
đại hình
Bộ điều
hưởng
Khuyếch
đại IF
Khuyếch đại âm
thanh IF
Tách sóng âm
thanh
Khuyếch đại
audio
Nối bình thường
Nối có lựa chọn
Đèn hình
An ten Loa
S(f)
f
ttt
S(f)
f
mt
f
mh
f
ttt
6,5MH
z
f
tth =
f
ns
+ f
mh
S(f)
e
)
d)
f
S(f)
S(f)
a)
b)
c)
S(f)
f
f
f
f
f
f
7
Hình 1.3: Phổ của tín hiệu qua các bộ phận khác nhau của máy thu hình
a) Phổ tín hiệu trước khi đổi tần.
b) Phổ dao động ngoai sai ( fns : tần số ngoại sai ).
c) Phổ tín hiệu sau khi đổi tần ( ftth : tần số trung tần hình).
d) Phổ tín hiệu sau khi tách sóng biên độ ( fttt : tần số trung
tần tiếng ).
e) Phổ tín hiệu ở lối vào tách sóng tiếng ( 6,5 MHz : tần số
hiệu số )
f) Phổ tín hiệu hình sau bộ khuyếch đại tín hiệu hình.
Mức tín hiệu hình qua các bộ phận khác nhau của một máy thu hình tiêu
biểu được biểu thị bằng đồ thị như hình 1.4:
Khối cao tần Khối trung tần Tách
sóng
hình
Khuyếch đại hình
1V 0,7V
20V
1mV
K1
=20
K2
= 1000
K3
= 0,7 K4
= 30
8
Hình 1.4: Đồ thị mức tín hiệu hình
Bộ khuyếch đại trung tần có độ khuyếch đại rất lớn, đảm bảo cho máy thu
hình có độ nhạy cao. Bộ khuyếch đại tần số radio có độ khuyếch đại nhỏ vì tần
số làm việc quá cao lại thay đổi theo từng kênh. Bộ khuyếch đại tín hiệu hình
cũng có độ khuyếch đại nhỏ vì nó thường là bộ khuyếch đại một chiều có tầng
số ít (để đảm bảo làm việc ổn định ).
Độ khuyếch đại của khối cao tần và trung tần phải đủ lớn để tín hiệu ở lối
vào bộ tách sóng có biên độ cỡ IV nhằm đảm bảo cho bộ tách sóng hình làm
việc ở chế độ đường thẳng, tránh méo không đường thẳng.
Độ khuyếch đại của bộ khuyếch đại hình cũng nên có khả năng thay đổi
được, để thay đổi mắc tín hiệu vào ống thu, làm thay đổi độ contrast (độ tương
phản ) của ảnh truyền hình. Tuy nhiên, cũng có nhiều loại máy thu hình mà độ
khuyếch đại của bộ khuyếch đại hình không thể thay đổi lúc đó. Muốn thay đổi
contrast phải thay đổi độ khuyếch đại của bộ khuyếch đại trung tần.
9
CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH MÀU
2.1.Nguyên lý truyền hình màu
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu
Hình ảnh truyền qua camera truyền hình màu được biến đổi thành tín hiệu
màu cơ bản UR, UG, UB như hình 2.1 . Các tín hiệu màu cơ bản này được đưa
qua các mạch hiệu chỉnh gamma, các mạch này sử dụng để bù méo gamma do
ống thu ở phía bên thu gây lên. Các tín hiệu đã bù méo U’R, U’G, U’B được đưa
vào mạch ma trận tạo ra tín hiệu chói U’Y và hai tín hiệu mang màu S1, S2. Các
tín hiệu S1, S2 điều chế dao động tần số mang phụ tạo ra tín hiệu mang màu cao
tần UC . Trong bộ cộng, các tín hiệu U’Y và UC được trộn với nhau để trở thành
tín hiệu truyền hình màu tổng hợp UM = U’Y + U’C. Với tín hiệu UM này được
truyền đến bên thu bằng cáp, hệ thống viba hoặc máy thu phát vô tuyến điện.
Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình màu
Qúa trình biến đổi các tín hiệu màu cơ bản UR, UG, UB thành tín hiệu
truyền hình màu tổng hợp UM gọi là quá trình mã hoá tín hiệu màu.
Phía bên thu, từ tín hiệu UM nhận được ( sau tách sóng video ) biến đổi
thành các tín hiệu màu cơ bản U’R, U’G, U’B. Qúa trình biến đổi ngược đó gọi là
quá trình giải mã tín hiệu màu.
Camera Mạch
Bộ cộng
điều
chế
màu
Mạch
Ma Trận
Hiệu chỉnh
gama
Bộ chọn
tín hiệu
Mạch Ma
Trận
Bộ tách
sóng màu
UG
UB
U’
G
UC
a)
U’
Y
U’
B
U
R
S
2
Ống Thu
S
1
U’
R
U’
B
U’
Y
S
1
S
2
U’
R
U’
G
b)
10