Đề tài Số hóa tín hiệu và kỹ thuật nén ảnh số ứng dụng trong truyền hình số

cao. Qu¸ tr×nh biÕn ®æi DTC kh«ng gi¶m tèc ®é dßng sè liÖu vµ tÝnh chÊt ®¶o ng­îc (Inverse DTC) t¸i t¹o l¹i chÝnh x¸c gi¸ trÞ ®iÓm ¶nh ban ®Çu nÕu c¸c hÖ sè DCT gi÷ nguyªn. 4.5.4. L­îng tö hãa khèi DCT Qu¸ tr×nh l­îng tö hãa khèi DCT ®ãng vai trß quan träng trong thiÕt kÕ hÖ thèng nÕn video v× nã ¶nh h­ëng trùc tiÕp ®Õn viÖc t¸i t¹o l¹i h×nh ¶nh. B¶ng träng sè B¶ng Huffman VLC RLC QuÐt zig-zag L­îng tö hãa DTC §Þnh d¹ng khèi vµ cÊu tróc khèi Bé ®Öm Lùa chän tèc ®é dßng bit ra Dßng tÝn hiÖu nÐn HÖ sè c©n b»ng M· DPCM hÖ sè DC §iÒu khiÓn ®Öm X¸c ®Þnh khèi Ph©n líp n¨ng l­îng khèi H×nh 4.5. NÐn trong ¶nh Bé l­îng tö hãa chia mçi hÖ sè DCT cho mét sè lín h¬n 1 ®Ó t¹o ra c¸c sè cã gi¸ trÞ 0 hoÆc gÇn b»ng 0 cã thÓ lµm trßn hoÆc bá qua trong qu¸ tr×nh tiÕp theo. C¸c hÖ sè cã n¨ng l­îng thÊp ®Æc tr­ng cho sù biÕn ®æi Ýt gi÷a c¸c ®iÓm ¶nh cã thÓ lo¹i bá mµ kh«ng ¶nh h­ëng ®Õn sù c¶m thô chÊt l­îng ¶nh cña m¾t ng­êi. Thµnh phÇn DC vµ tÇn sè thÊp lµ c¸c th«ng sè cã ý nghÜa nhÊt cña khèi ®iÓm ¶nh ban ®Çu. HÖ sè DC ®­îc l­îng tö víi ®é chÝnh x¸c 12 bit ®Ó tr¸nh c¸c nhiÔu xuÊt hiÖn gi÷a c¸c khèi ®iÓm ¶nh. Trong khi hÖ sè t­¬ng øng víi thµnh phÇn tÇn sè cao ®­îc l­îng tö víi ®é chÝnh x¸c 2 bit (do kh¶ n¨ng c¶m nhËn ë tÇn sè cao cña m¾t ng­êi gi¶m). HÖ sè b¨ng l­îng tö hãa thuËn ®­îc x¸c ®Þnh theo biÓu thøc: Fq (u, v) = (F(u,v)/ Q(u,v)) = gi¸ trÞ nguyªn gÇn nhÊt (F(u,v) + Q(u,v)/2/Q(u,v)) ¶nh cµng chi tiÕt th× hÖ sè thµnh phÇn tÇn sè cao cµng lín, cã thÓ trµn bé nhí ®Öm nÕu hÖ sè trong b¶ng l­îng tö qu¸ thÊp. Víi cÊu tróc gåm 4 khèi ®iÓm chãi, c¸c chi tiÕt ¶nh cã thÓ ®­îc tËp trung n¨ng l­îng cao vµo 1 trong 4 khèi. T¹o ra l­îng tö hãa th« còng nh­ xuÊt hiÖn lçi l­îng tö lín. §Ó tr¸nh hiÖn t­îng nµy, n¨ng l­înt trong khèi ®­îc ®¸nh gi¸ b»ng c¸ch xem xÐt hÖ sè AC cã ý nghÜa nhÊt trong tÊt c¶ c¸c khèi. 4.5.5. M· hãa entropy Gi¸ trÞ l­îng tö hãa cã thÓ chØ biÓu diÔn nhê c¸c tõ m· cã ®é dµi cè ®Þnh, tøc lµ c¸c gi¸ trÞ l­îng tö hãa biÓu diÔn b»ng cïng mét sè bit tuy nhiªn hiÖu qu¶ kh«ng cao. §Ó hiÖu qu¶ h¬n ng­êi ta dïng m· hãa entropy, dïng ®Æc tÝnh thèng kª cña tÝn hiÖu ®­îc m· hãa. Tõ m· Ýt x¶y ra sÏ nhiÒu th«ng tin h¬n tõ m· hay x¶y ra. M· hãa entropy lµm t¨ng ®é phøc t¹p, yªu cÇu bé nhí l¬n h¬n so víi m· cã ®é dµi cè ®Þnh vµ tèc ®é bit thay ®æi theo thêi gian. Khi ph©n bè x¸c xuÊt cµng lÖch khái ph©n bè ®Òu th× xuÊt hiÖn cµng t¨ng nhê m· hãa entropy. C¸c hÖ sè AC biÓu diÔn víi c¸c tõ m· RLC ®­îc m· hãa b»ng m· Huffman nhê c¸c b¶ng t×m kiÕm. Nhãm ®Çu tiªn ®­îc lÊy ra phèi hîp víi gi¸ trÞ sè ®éng ®Ó t¹o ra mét sè nhÞ ph©n Huffman biÓu diÔn hÖ sè AC t­¬ng øng. 4.5.6. Bé nhí ®Öm C¸c tõ m· VLC t¹o ra dßng sè liÖu víi tèc ®é biÕn ®æi, phô thuéc vµo ®é phøc t¹p cña ¶nh ®­îc m· hãa. Sè liÖu nµy ®­îc ghi vµo bé nhí ®Öm, c¸c bit sè liÖu sÏ ®­îc ®äc ra tõ bé nhí ®Öm nµy víi mét tèc ®é cè ®Þnh theo bé m· hãa. Bé nhí ®Öm kh«ng ®­îc trµn, rçng. qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn ®­îc thùc hiÖn nhê hÖ sè c©n b»ng cho b¶ng träng sè. NÕu bé nhí ®Öm ®Çy qu¸ tr×nh l­îng tö hãa ®­îc thùc hiÖn víi møc biÓu diÔn bit Ýt h¬n nh»m t¹o ra tèc ®é dßng bit nhá l¹i b»ng c¸ch t¨ng hÖ sè c©n b»ng cña bé l­îng tö. 4.5.7. Gi¶i m· DCT Qu¸ tr×nh l­îng tö hãa ng­îc Rq(u,v) ®­îc tiÕn hµnh theo biÓu thøc: Rq(u,v) = Fq(u,v) Q(u,v) C¸c hÖ sè sÏ ®­îc biÕn ®æi ng­îc (IDCT) b»ng qu¸ tr×nh f(j,k) ®Ó t¹o l¹i khèi gi¸ trÞ c¸c ®iÓm ban ®Çu theo biÓu thøc). f*(j,k) = F(u,v)Cos B¶ng m· Huffman B¶ng l­îng tö VLC RLC (Zig-zag)-1 L­îng tö hãa IDCT T¸ch khèi vµ cÊu tróc khèi Gi¶i m· DPCM hÖ sè DC Video nÐn Y CB CR H×nh 4.6. Gi¶i m· DCT BiÓu thøc biÓu diÔn qu¸ tr×nh biÕn ®æi DCT vµ IDCT lµ t­¬ng tù nhau. HÖ thèng nÐn vµ gi¶ nÐn cã thÓ dïng chung mét thiÕt bÞ phÇn cøng, sai lÖch gi÷a khèi ban ®Çu vµ c¸c gi¸ trÞ t¹o l¹i nguyªn nh©n do c¸c lçi xuÊt hiÖn trong qu¸ tr×nh nÐn. Lçi ®­îc biÓu diÔn: e(j,k) = f(i, k) - f*(j, k) 4.6. Kü thuËt nÐn liªn ¶nh (Inter Frame Compression) 4.6.1. M« h×nh Víi mét chuçi ¶nh liªn tôc, l­îng th«ng tin chøa trong mçi ¶nh rÊt Ýt tõ ¶nh nµy sang ¶nh kh¸c. TÝnh to¸n dù ®Þnh chuyÓn vÞ trÝ cña néi dung ¶nh ®­îc ¸p dông trong kü thuËt nÐn ¶nh. Bï chuyÓn ®éng NÐn trong ¶nh ¶nh nÐn Nguån ¶nh H×nh 4.7. M« h×nh nÐn ¶nh 4.6.2. Kü thuËt dù ®o¸n bï chuyÓn ®éng Thay ®æi vÒ c­êng ®é ¸nh s¸ng tõ frame nµy ®Õn frame kÕ tiÕp lµ do chuyÓn ®éng cña ®èi t­îng. Trong m· bï chuyÓn ®éng frame hiÖn hµnh ®­îc dù b¸o tõ frame tr­íc b»ng c¸ch xÊp xØ chuyÓn ®éng gi÷a hai frame vµ bï chuyÓn ®éng ®ã. Sù kh¸c nhau gi÷a frame hiÖn hµnh vµ dù b¸o cña frame ®ã gäi lµ phÇn d­ thõa cña bï chuyÓn ®éng sÏ ®­îc m· hãa phÇn n¨ng l­îng d­ thõa thÊp h¬n nhiÒu so víi n¨ng l­înt trong tÝn hiÖu gèc do lo¹i bá nh÷ng thµnh phÇn d­ thõa t¹m thêi. M· hãa phÇn d­ thõa thay v× m· hãa video gióp ®¶m b¶o th«ng tin d­ thõa t¹m thêi kh«ng ph¶i m· hãa lÆp l¹i. X¸c ®Þnh phÇn ¶nh chuyÓn ®éng lµ (xÊp xØ chuyÓn ®éng) kh«i phôc mét ¶nh b»ng c¸ch dïng c¸c phÇn tö ¶nh tr­íc cïng víi th«ng tin vÒ chuyÓn ®éng lµ "bï chuyÓn ®éng". Ph­¬ng ph¸p dù ®o¸n ®Ó t×m ra c¸c chi tiÕt ¶nh thay thÕ gi÷a hai khung h×nh liÒn nhau vµ tõ ®ã t¹o ra mét vect¬ chuyÓn ®éng ghi râ vÞ trÝ míi cña chi tiÕt ¶nh trong khung h×nh sau. Vect¬ chuyÓn ®éng phèi hîp tÊt c¶ c¸c khèi ®­îc nÐn trong khung h×nh tr­íc ®ã mµ khèi c¸c ®iÓm nµy ®­îc lÆp l¹i mét vÞ trÝ míi. Ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc gäi lµ dù ®o¸n bï chuyÓn ®éng gi÷a c¸c khung h×nh. Dù ®o¸n chuyÓn ®éng ®­îc thùc hiÖn b»ng c¸ch sö dông cÊu tróc khèi cho c¸c ®iÓm cho c¸c vect¬ chuyÓn ®éng vµ c¸c m· hãa DCT kh¸c nhau cña cÊu tróc khèi hiÖn t¹i vµ cÊu tróc khèi tham chiÕu ®­îc truyÒn ®i. Khèi sè liÖu ®iÓm ¶nh ®­îc chän gäi lµ tham chiÕu, trong khung h×nh hiÖn t¹i chuyÓn ®éng trong ph¹m vi t×m kiÕm ë khung h×nh tr­íc ®ã, c¸c gi¸ trÞ khèi DCT tham chiÕu ®­îc so s¸nh víi c¸c gi¸ trÞ khèi 8x8 ®iÓm trong vïng t×m kiÕm ®Ó t×m ra khèi thÝch hîp víi sù sai kh¸c nhá nhÊt. Th«ng tin sè liÖu vÒ vect¬ chuyÓn ®éng ®­îc truyÒn tíi bé gi¶i m· cïng víi hÖ sè DCT sai lÖch. C¸c khèi phèi hîp trong sè c¸c khèi cña khung h×nh tr­íc sö dông nh­ thµnh phÇn dù ®o¸n sai sè Ýt th«ng tin. Vïng t×m kiÕm cã kÝch th­íc 16x16 ®iÓm. §Ó ®¬n gi¶n hãa qu¸ tr×nh tÝnh to¸n, ®é ph©n gi¶i cña ¶nh ®­îc gi¶m xuèng c¶ theo hai chiÒu ngang vµ ®øng. VÝ dô mét ¶nh víi ®é ph©n gi¶i ®Çy ®ñ lµ 720 x 240 cã thÓ sö dông cho vïng dù ®o¸n lín h¬n. §Çu tiªn mét dù ®o¸n gÇn ®óng ®­îc thùc hiÖn trªn c¸c ¶nh cã ®é ph©n gi¶i thÊp. Sau ®ã mét phÐp dù ®o¸n vect¬ chuyÓn ®éng chÝnh x¸c sÏ thùc hiÖn tÝnh to¸n vÞ trÝ thay thÕ cña ®èi t­îng gi÷ hai khung h×nh. 4.6.3. ¶nh dù ®o¸n tr­íc Ph­¬ng ph¸p m· hãa nhê ¶nh dù ®o¸n tr­íc sö dông x¸c xuÊt c¸c ¶nh liªn tôc trong chuçi ¶nh. Nhê x¸c xuÊt nµy, phÇn lín c¸c ¶nh trong chuçi cã thÓ nhËn biÕt gÇn gièng nhau trªn c¬ së th«ng tin chøa trong ¶nh. Ph­¬ng ph¸p nµy rÊt hiÖu qu¶ khi chuçi ¶nh lµ ¶nh tÜnh hoµn toµn, trong tr­êng hîp nµy chØ cÇn truyÒn ¶nh ®Çu trªn lµ ®ñ. Khi xuÊt hiÖn vËt thÓ chuyÓn ®éng nµo ®ã ph¶i x¸c ®Þnh vËt thÓ nµy vµ biÓu diÔn ®Æc tr­ng vÒ sù thay ®æi vÞ trÝ cña nã. S S ¡n tr­íc ®ã (¶nh so s¸nh) T¹o ¶nh hiÖn t¹i ®Ó sö dông cho dù ®o¸n ¶nh tiÕp theo ¶nh kh¸c biÖt ¶nh dù ®o¸n X¸c ®Þnh vector chuyÓn ®éng Vector chuyÓn ®éng ¶nh hiÖn t¹i + - + + ¶nh dù ®o¸n H×nh 4.8. NÐn liªn ¶nh (¶nh dù ®o¸n tr­íc) C¸c chuyÓn ®éng ngoµi vïng t×m kiÕm kh«ng thÓ thùc hiÖn dù ®o¸n bï chuyÓn ®éng tõ khung h×nh tr­íc. Tr­êng hîp nµy sÏ ®­îc m· hãa b»ng ph­¬ng ph¸p nÐn trong ¶nh. Trong khèi x¸c ®Þnh vect¬ chuyÓn ®éng. Vect¬ chuyÓn ®éng tÝnh to¸n sao cho ¶nh hiÖn t¹i vµ ¶nh dù b¸o cho ra ¶nh kh¸c biÖt ë ®Çu ra. Sè liÖu vÒ vect¬ chuyÓn ®éng vµ ¶nh kh¸c biÖt sÏ ®­îc truyÒn ®i. H¹n chÕ cña m« h×nh nµy lµ kh«ng biÓu diÔn phÇn lín c¸c chuyÓn ®éng cã thÓ coi nh­ c¸c chuyÓn ®éng quay, gi¶m hoÆc t¨ng lªn vµ c¸c chuyÓn ®éng phøc t¹p kh¸c. 4.6.4. ¶nh dù ®o¸n hai chiÒu Dù ®o¸n hai chiÒu theo thêi gian, cßn gäi lµ néi suy bï chuyÓn ®éng sö dông th«ng tin trong mét khung h×nh cho tr­íc vµ mét khung h×nh hiÖn t¹i ®Ó dù ®o¸n. å ¶nh hiÖn t¹i ¶nh hiÖn t¹i Vect¬r chuyÓn ®éng X¸c ®Þnh vector chuyÓn ®éng ¶nh dù ®o¸n å ¶nh tr­íc ¶nh sau + - + + ¶nh dù ®o¸n M« h×nh nµy cho kh¶ n¨ng nÐn sè liÖu cao h¬n. HiÖu øng nhiÔu trong khung h×nh hiÖn t¹i gi¶m b»ng møc nhiÔu trung b×nh cña khung h×nh tr­íc vµ khung h×nh sau, cã kh¶ n¨ng dù ®o¸n ngoµi ph¹m vi cña vïng t×m kiÕm nhê c¸c h×nh tiÕp theo. H×nh 4.9 NÐn lªn ¶nh (¶nh dù ®o¸n hai chiÒu) Sù kh¸c nhau c¬ b¶n gi÷a hai m¹ch, m¹ch t¹o ¶nh dù ®o¸n tr­íc vµ m¹ch t¹o ¶nh dù ®o¸n hai chiÒu lµ nhê bé so s¸nh. §Ó t¹o ¶nh dù b¸o tr­íc chØ cÇn nhí ¶nh tr­íc ®ã. §Ó t¹o ¶nh dù ®o¸n hai chiÒu ph¶i nhí c¶ hai ¶nh tr­íc vµ sau anh ®ang xÐt. ¶nh dù ®o¸n hai chiÒu lµ kÕt qu¶ néi suy gi÷a hai ¶nh ®Ó x¸c ®Þnh chuÈn cña nã, nªn sÏ lµm hay ®æi thø tù truyÒn ¶nh. Bé m· ho¸ ¶nh ®Çu tiªn ph¶i truyÒn c¶ hai ¶nh chuÈn, sau ®ã míi truyÒn ®Õn ¶nh dù ®o¸n hai chiÒu. Qu¸ tr×nh s¾p xÕp l¹i khi m· ho¸ vµ gi¶i m· t¹o ra mét thêi gian trÔ phô thuéc vµo khung h×nh gi÷a hai khung tham chiÕu. Cã thÓ cã nhiÒu h¬n mét khung h×nh ®­îc dù ®o¸n gi÷a hai khung h×nh tham chiÕu xuÊt hiÖn tr­íc vµ sau nã. Khi sè c¸c khung h×nh dù ®o¸n t¨ng lªn quan hÖ gi÷a chóng vµ khung tham chiÕu gi¶m xuèng do vËy sè bÞt ®Ó m· ho¸ khung dù ®o¸n t¨ng lªn. M· ho¸ dù ®o¸n gi÷a c¸c khung h×nh ¸p dông cho c¸c ch­¬ng tr×nh cã Ýt chuyªn ®éng hoÆc chuyªn ®éng chËm. 4.7 C¸c tiªu chuÈn nÐn 4.7.1. Tiªu chuÈn JPEG a. Môc ®Ých cña JPEG Tiªu chuÈn cña JPEG ®­îc ®Þnh ra cho nÐn ¶nh tÜnh ®¬n s¾c vµ mµu, thùc hiÖn bëi bèn mode m· ho¸ ®ã lµ: a- M· tuÇn tù: ¶nh ®­îc m· ho¸ b»ng kiÓu quÐt tõ tr¸i qua ph¶i, lõ trªnxuèng d­íi dùa trªn khèi DCT. b - M· ho¸ luü tiÕn: ¶nh ®­îc m· ho¸ b»ng kiÓu quÐt phøc hîp theo chÕ ®é ph©n gi¶i kh«ng gian cho c¸c øng dông trªn c¸c kiÓu b¨ng hÑp, vµ do ®ã thêi gian truyÒn dÉn cã thÓ dµi. g - M· ho¸ kh«ng tæn thÊt: ¶nh ®­îc ®¶m b¶o kh«i phôc chÝnh x¸c mçi gi¸ trÞ mÉu cña nguån. Th«ng tin kh«ng cÇn thiÕt sÏ bÞ c¾t bá nªn hiÖu qu¶ nÐn thÊp h¬n so víi ph­¬ng ph¸p cã tèn thÊt. d - M· ho¸ ph©n cÊp: ¶nh ®­îc m· hãa ë chÕ ®é ph©n gi¶i kh«ng gian phøc hîp ®Ó cho nh÷ng ¶nh cã ®é ph©n gi¶i thÊp cã thÓ truy xuÊt vµ hiÓn thÞ mµ kh«ng c©n gi¶i nÐn nh nh÷ng ¶nh cã ®é ph©n gi¶i trong kh«ng gian lín h¬n. ThuËt to¸n ®¬n gi¶n nhÊt trong c¸c chÕ ®é DTC trªn lµ JPEG Baselire. §Ò cËp tíi JPEG cã nghÜa lµ ®Ò cËp tíi JPEG Baselire. b. M· ho¸ vµ gi¶i m· JPEG H×nh 4.10. S¬ ®å khèi m· hãa (a) vµ gi¶i m· (b) JPEG Qu¸ tr×nh m· ho¸ vµ gi¶i m· lµ hai qu¸ tr×nh ng­îc nhau. Qu¸ tr×nh m· ho¸ cho ra dßng s« liÖu khi nÐn vµ sau ®ã ®­îc ®a tíi phÇn gi·n (gi¶i nÐn). ë bé gi¶i nÐn, bé m· ho¸ entropy biÕn ®æi dßng bÞt ®­îc nÐn thµnh mét b¶ng zig-zag míi cã c¸c hÖ sè DCT. C¸c hÖ sæ nµy ®­îc nh©n víi c¸c hÖ sè gi¶i l­îng tö ho¸ vµ ®a ®Õn qu¸ tr×nh biÕn ®æi DCT ng­îc (Inverse DCT). §Çu ra ta cã mét khèi 8 x 8 pixels cã thÓ kh«ng t¹o l¹i mét ¶nh chÝnh x¸c tÝn hiÖu gèc v× th«ng tin bÞ mÊt trong qu¸ tr×nh m· ho¸ (nÐn cã tæn hao). NÕu coi ¶nh ®éng lµ chuçi c¸c ¶nh tÜnh th× tiªu chuÈn JPEG ®­îc ¸p dông vµ gäi lµ M-PEG. c. Ph©n cÊp cÊu tróc sè liÖu video Tiªu chuÈn JPEC bao gåm mét ph©n cÊp cÊu tróc sè liÖu video nh»m t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho viÖc biÓn ®«i c¸c h×nh ¶nh ®­îc m· ho¸. C¸c th«ng sè m· ho¸, nh d¹ng lµm viÖc cña JPEG, kÝch th­íc vµ tÇn sè ¶nh, dé chi tiÕt ®iÓm ¶nh, ®é chÝnh x¸c cña l­îng tö, c¸c b¶ng m· ®Òu ®­îc céng vµo víi dßng sè ®­îc truyÒn ®i. CÊu tróc sè liÖu JPEG gåm 6 cÊp kh¸c nhau phô thuéc vµo chÕ ®é lµm viÖc cña JPEG: · §¬n vÞ sè liÖu (DU): ®¬n vÞ sè liÖu bao gåm mét khèi 8 x 8 c¸c mÉu thµnh phÇn trong d¹ng nÐn mËt th«ng tin. · §¬n vÞ m· ho¸ nhá nhÊt (MCU): lµ nhãm nhá nhÊt c¸c DU xen kÏ. Trong sö dông nÐn DCT theo tiªu chuÈn CCIR - 601, MCU bao gåm hai khèi Y, mét khèi CR vµ mét khèi CB. · §o¹n m· entropy (ECS): gåm mét sè c¸c MCU. §o¹n m· entropy cho phÐp gi¶m kÝch th­íc kh«i phôc tõ giíi h¹n ng¾t cña sè liÖu entropy. · QuÐt: tiªu chuÈn x¸c ®Þnh ph­¬ng ph¸p quÐt cho toµn bé ¶nh. · Khung h×nh: cã thÓ ®­îc t¹o thµnh tõ mét hay nhiÒu qu¸ tr×nh quÐt. · Líp ¶nh: ¶nh lµ cÊp trªn cïng cña ph©n cÊp sè liÖu nÐn, bao gåm khung vµ m· ho¸ cho toµn bé mét bøc ¶nh. d. §Æc ®iÓm cña M-JPEG NÐn M-PEC chØ thùc hiÖn tr¹ng mçi ¶nh nªn lý sè nÐn thÊp. NÕu nÐn víi tû sè cao sÏ xuÊt hiÖn c¸c « vu«ng trªn ¶nh kh«i phôc do c¸c ®Æc trng cña hÖ sè DCT. NÕu m· ho¸ nhiÒu lÇn th× hiÖu øng trªn sÏ t¨ng lªn. Tham sè theo tiªu chuÈn nÐn JPEC trong b¶ng 4.3. ChuÈn nÐn M-JPEG cã ­u ®iÓm khi sö dông trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ch­¬ng tr×nh truyÒn h×nh. V× c¸c ¶nh ®­îc m· ho¸ ®éc lËp víi nhau nªn viÖc thùc hiÖn dùng chÝnh x¸c tíi tõng ¶nh lµ hoµn toµn cã thÓ thùc hiÖn ®­îc. §©y chÝnh lµ ®iÓm m¹nh cña M-PEG sö dông trong c¸c thiÕt bÞ s¶n xuÊt ch­¬ng tr×nh tiÖn dông cho sludio vµ dùng hËu kú, lµm kü x¶o víi gi¸ thµnh hÖ thèng phï hîp, kh«ng g©y tæn hao trong qu¸ tr×nh dùng. Tham sè §Æc ®iÓm TÝn hiÖu m· ho¸ CÊu tróc lÊy mÉu KÝch th­íc ¶nh tèi ®a (®iÓm ¶nh x ®iÓm ¶nh) BiÓu diÔn mÉu §é chÝnh x¸c cña qu¸ tr×nh luvng tö ho¸ vµ biÕn ®çi DCT Ph­¬ng ph¸p l­îng tö ho¸ hÖ CÊu tróc khãi trong qu¨n trinh l­îng tö ho¸ th¹ch nghi §é chÝnh x¸c cùc ®¹i cña hÖ sè DC B¶ng l­îng tõ BiÕn ®æi RLC HÖ sè c©n b»ng c¸c khèi Bï chuyÓn ®éng QuÐt Kªnh truyÒn RGB hoÆc Y vµ CR, CB 4:4:4, 4:2:2 vµ 4:2:0 65 536 x 65 536 8¸12 bit cho hÖ thèng më réng DCT 9 bit DPCM 16 x 16 bit 11 bit Sai lÖhc gi÷a c¸c gi¸ trÞ Y vµ CR, CB M· Huffman Cã thÓ biÕn ®æi Kh«ng TuÇn tù hay xen kÏ §­îc qu¶n lý lçi B¶ng 4.3. Tham sè theo tiªu chuÈn nÐn JPEG 4.7.2 Tiªu chuÈn nÐn MPEG a. Giíi thiÖu ChuÈn nÐn MPEG (Moving Picture Expert Group) lµ chuçi c¸c chuÈn nÐn video víi môc ®Ých lµ m· ho¸ tÝn hiÖu h×nh ¶nh vµ ©m thanh ë tèc ®é tõ 1,5 ¸ 50 Mbit/s. NÐn d÷ liÖu audio víi tØ lÖ tõ 5:1 ¸ 10:1. · MPEG - 1: nÐn ¶nh ®éng cã kÝch th­íc 320 x 240, tèc ®é bit cßn tõ 1 Mbit/s ®Õn 1,5 Mbi/s dïng cho ghi h×nh trªn b¨ng tõ vµ í a quang (CD), ®ång thêi truyÒn dÉn trong c¸c m¹ng. · MPEG - 2: ®­îc sö dông cho c¸c øng dông cao h¬n víi tèc ®é cßn £10Mbit/s, ®Ó truyÒn tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè th«ng th­êng. · MPEG - 3: nÐn tÝn hiÖu sè xuèng cßn 50 Mbit/s ®Ó truyÒn tÝn hiÖu truyÒn h×nh cã ®é ph©n gi¶i cao. · MPEG - 4: dïng cho nÐn h×nh ¶nh video víi Ýt khung h×nh vµ yªu cÇu lµm t­¬i chËm. Tèc ®é d÷ liÖu yªu cÇu lµ 9¸40 Kbit/s. MPEG - 4 ®· ph¸t triÓn c¸c tiªu chuÈn m· ho¸ ®èi víi tèc ®é bit rÊt thÊp. · MPEG - 7: m« t¶ th«ng lin cña rÊt nhiÒu lo¹i ph­¬ng tiÖn, cho phÐp kh¶ n¨ng t×m kiÕm nhanh vµ hiÖu qu¶ theo yªu cÇu ng­êi dïng. Tiªu chuÈn MPEG lµ sù kÕt hîp gi÷a nÐn trong ¶nh vµ nÐn liªn ¶nh. Tøc lµ ph­¬ng ph¸p nÐn cã tæn hao dùa trªn biÕn ®æi DCT vµ bï chuyÓn ®éng. b. C¸c cÊu tróc ¶nh · ¶nh lo¹i I (In tra Picture): lµ ¶nh ®­îc m· ho¸ riªng, t­¬ng tù nh­ viÖc m· ho¸ ¶nh tÜnh trong JPEG. ¶nh I chøa ®ùng d÷ liÖu ®Ó t¸i t¹o l¹i toµn bé h×nh ¶nh vµ cho phÐp truy cËp ngÉu nhiªn. Tuy nhiªn ®¹t tØ lÖ nÐn thÊp nhÊt. · ¶nh lo¹i P (Predicted pictre): lµ ¶nh ®­îc m· ho¸ cã bï chuyÓn ®éng tõ c¸c ¶nh I hoÆc P ë phÝa tr­íc (¶nh dù ®o¸n tr­íc). ¶nh P cho tû sè nÐn cao h¬n ¶nh I, cã thÓ lµm mét ¶nh so s¸nh cho viÖc bï chuyÓn ®éng c¸c ¶nh P vµ B kh¸c. · ¶nh lo¹i B (Bi Directional Predicted Pictutre): lµ anh ®­îc m· ho¸ sö dông bï chuyªn ®éng tõ c¸c ¶nh I hoÆc P ë phÝa tr­íc vµ ë phÝa sau (¶nh dù ®o¸n hai chiÒu). ¶nh B cho tû lÖ nÐn cao nhÊt vµ cã nhiÒu ­u ®iÓm. - Gi¶i quyÕt ®­îc c¸c vÊn ®Ò thay ®æi ¶nh còng nh kh«ng dù b¸o ®­îc sù thay ®æi vÒ néi dung h×nh ¶nh. - ViÖc sö dông bï chuyÓn ®éng tõ hai ¶nh cho tû sè tÝn hiÖu/t¹p ©m tèt h¬n nÕu nh chØ sö dông bï chuyÓn ®éng tõ mét ¶nh. - ¶nh B kh«ng sö dông lµ ¶nh so s¸nh cho ¶nh kh¸c nªn nã cã thÓ m· ho¸ víi sè l­îng bit thÊp vµ kh«ng g©y lçi trÔ trªn ®­êng truyÒn. · ¶nh lo¹i D (Dc-coded Pictre): lµ ¶nh ®­îc sö ®ông trong MPEG - 1 vµ MPEG - 4 nh­ng kh«ng ®­îc sö dông ë MPEG -2. ¶nh cã c¸c thµnh phÇn mét chiÒu ë ®Çu ra DCT ®­îc thÓ hiÖn. c. Nhãm ¶nh (GOP) Víi chuÈn MPEG, chÊt l­îng ¶nh kh«ng nh­ng phô thuéc vµo tû lÖ nÐn trong tõng khu«n h×nh mµ cßn phô thuéc vµo ®é dµi cña nhãm ¶nh. Nhãm ¶nh GOP (Group Of Pictre) mang th«ng tin ®éc lËp cña MPEG. C«ng nghÖ MPEG sö dông 3 lo¹i ¶nh I, P, B. Trong ®ã ¶nh P, B kh«ng ph¶i lµ mét ¶nh hoµn chØnh mµ chØ chøa sù kh¸c biÖt gi÷a ¶nh ®ã vµ ¶nh xuÊt hiÖn tr­íc nã (®èi víi P) hay sù kh¸c biÖt víi c¶ khu«n h×nh xuÊt hiÖn tr­íc vµ sau nã (®èi víi B). §Ó cã mét khu«n h×nh hoµn chØnh, ¶nh P vµ B cÇn ph¶i cã d÷ liÖu tõ c¸c ¶nh l©n cËn. Mçi nhãm ¶nh b¾t buéc ph¶i b¾t ®Çu b»ng mét ¶nh I hoµn chØnh sau ®ã lµ c¸c ¶nh P vµ B. Nhãm ¶nh cã thÓ më (Open) hoÆc ®ãng (Close). H×nh 4.11. CÊu tróc Gop më vµ ®ãng ¶nh P (¶nh 4) ®­îc dù b¸o tr­íc trªn c¬ së ¶nh I (¶nh I). ¶nh B ®­îc dù ®o¸n tõ hai h­íng, ¶nh B (¶nh 2) vµ ¶nh B (¶nh 3) ®­îc dù ®o¸n tõ hai ¶nh, ¶nh I (¶nh I) vµ ¶nh P (¶nh 4). ¶nh B (¶nh 5) ®­îc dù ®o¸n tõ 2 ¶nh, ¶nh P (¶nh 4) vµ ¶nh I tiÕp theo (¶nh 6). Thø tù truyÒn ¶nh vµ hiÖn ¶nh trªn mµn h×nh lµ kh«ng gièng nhau. d. CÊu tróc dßng bit MPEG video CÊu tróc sè liÖu video MPEG - 1 vµ MPEG - 2 bao gåm 6 líp: · Khèi: khèi 8 x 8 c¸c ®iÓm ¶nh tÝn hiÖu chãi vµ tÝn hiÖu mµu dïng cho ph­¬ng ph¸p nÐn DCT. · Tæ hîp khèi: mét nhãm c¸c khèi t­¬ng øng víi l­îng th«ng tin chøa ®ùng trong kÝch th­íc 16 x 16 ®iÓm trªn c¸c bøc ¶nh, x¸c ®Þnh l­îng th«ng tin chøa trong ®ã sÏ thay ®æi tuú theo cÊu tróc mÉu ®­îc sö dông. · M¶ng (Slice): bao gåm c¸c cÊu tróc khèi liÒn nhau, cã thÓ bao gåm toµn bé bøc ¶nh hoÆc mét cÊu tróc khèi. Th«ng tin ®Çu cña m¶ng chøa ®ùng vÞ trÝ cña m¶ng trong toµn bé ¶nh vµ hÖ sè c©n b»ng l­îng tö. KÝch th­íc th«ng tin ®Çu cña m¶ng ®­îc x¸c ®Þnh b»ng sè lçi cho phÐp xuÊt hiÖn trong m¶ng ®èi víi mét øng dông nhÊt ®Þnh. HÖ sè DC tham chiÕu dïng trong m· ho¸ DCPM ®­îc so chuÈn t¹i ®Çu mçi m¶ng. · ¶nh: líp ¶nh cho phÐp bé gi¶i m· x¸c ®Þnh lo¹i cña ¶nh ®­îc m· ho¸ lµ ¶nh I, P hay B. Th«ng tin ®Çu chØ thø tù truyÒn khung ®Ó bé gi¶i m· s¾p xÕp ¶nh theo thø tù ®óng. Th«ng tin ®Çu cña ¶nh cßn chøa c¸c th«ng tin vÒ ®ång bé, ®é ph©n gi¶i vµ ph¹m vi cña vÐct¬ chuyÓn ®éng. · Nhãm ¶nh (GOP): lµ tæ hîp cña nhiÒu khung I, P vµ B, ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tham sè m vµ n. Th«ng tin ®Çu gåm 25 bit chøa m· ®Þnh thêi vµ ®iÒu khiÓn. · §o¹n video: bao gåm th«ng tin ®Çu, mét sè nhãm ¶nh vµ th«ng tin kÕt thóc ®o¹n. §o¹n th«ng tin ®Çu cña ®o¹n video chøa ®ùng kÝch th­íc mçi chiÒu cña ¶nh, kÝch th­íc cña ¶nh, tèc ®é dßng video, tÇn sè ¶nh vµ bé ®Öm tèi thiÓu c©n cã. e. Nguyªn lý nÐn MPEG · Nguyªn t¾c ho¹t ®éng. Ho¹t ®éng cña bé m· ho¸, phô thuéc vµo lo¹i h×nh ¶nh, lµ m· ho¸ t¹i thêi ®iÓm ®ang xÐt. NÐn MPEG lµ sù kÕt hîp gi÷a nÐn trong ¶nh vµ nÐn liªn ¶nh. D¹ng thøc ®Çu vµo lµ Rec - 601 4:2:2 hoÆc 4:2:0 ®­îc nÐn liªn ¶nh tr­íc t¹o ra ®­îc ¶nh kh¸c biÖt ë ®Çu ra bé céng, sau ®ã l¹i ®­îc nÐn trong ¶nh qua c¸c b­íc: biÕn ®«i DCT, l­îng tö ho¸, m· ho¸. Cuèi cïng ¶nh nµy ®­îc trén cïng víi vÐct¬ chuyÓn ®éng ®a ®Õn bé khuÕch ®¹i ®Öm sÏ thu ®­îc ¶nh ®· nÐn. XÐt vÝ dô bé nÐn dïng ¶nh I vµ P trong cÊu tróc GOP. ¶nh thø nhÊt trong nhãm ph¶i ®­îc m· ho¸ nh ¶nh lo¹i I. Trong tr­êng hîp nµy, sau khi lÊy mÉu lÇn ®Çu, tÝn hiÖu video ®­îc truyÒn ®Õn block biÕn ®æi DCT cho c¸c MB riªng, sau ®ã ®Õn block cña bé l­îng tö ho¸ vµ m· ho¸ entropy. TÝn hiÖu ra tõ bé l­îng tö ho¸ ®­îc ®a ®Õn bé l­îng tö ho¸ ng­îc vµ biÕn ®æi DCT ng­îc, sau ®ã ®­îc l­u vµo bé nhí cña bé nhí ¶nh, bao gåm ¶nh xuÊt hiÖn trong bé gi¶i m· sau khi gi¶i m· ¶nh truyÒn lo¹i I. H×nh 4.12. S¬ ®å khèi qu¸ tr×nh m· ho¸ MPEG Trong tr­êng hîp m· ho¸ ¶nh lo¹i P, m¹ch nÐn chuyÓn ®éng lµm viÖc. Trªn c¬ së so s¸nh ¶nh ®ang xÐt vµ ¶nh trong bé nhí, sÏ x¸c ®Þnh ®­îc c¸c vÐct¬ chuyÓn ®éng, sau ®ã dù ®o¸n ¶nh. Sù chªnh lÖch gi÷a hai ¶nh ®­îc biÕn ®æi DCT, l­îng tö ho¸ vµ m· ho¸ entropy còng nh trong tr­êng hîp c¸c ¶nh lo¹i I, tÝn hiÖu ra tõ bé l­îng tö ho¸ ®­îc gi¶i l­îng tö ho¸ vµ biÓn ®«i DCT ng­îc råi céng víi dù b¸o ¶nh ®ang xÐt vµ lu vµo bé nhí. Tèc ®é bit cña tin hiÖu video ®­îc nÐn kh«ng cè ®Þnh, phô thuéc vµo néi dung ¶nh ®ang xÐt. T¹i ®Çu ra bé m· ho¸, dßng bit ph¶i cè ®Þnh ®Ó x¸c ®Þnh tèc ®é cho dung l­îng kªnh truyÒn. V× vËy, t¹i ®Çu ra bé m· ho¸ ph¶i cã bé nhí ®Öm ph¶i ®ñ lín. Khi sè liÖu trong bé nhí ®Öm gÇn b»ng dung l­îng cùc ®¹i th× hÖ sè biÕn ®æi DCT ®­îc l­îng tö ho¸ Ýt chuÈn x¸c h¬n. · Qu¸ tr×nh gi¶i m· Giai ®o¹n 1 lµ t¸ch m· ho¸ entropy ra. Sau ®ã t¸ch sè hÕu ¶nh ra khái vÐct¬ chuyÓn ®éng. Sè liÖu sÏ ®­îc gi¶i l­îng tö ho¸ vµ biÕn ®«i DCT ng­îc. Tr­êng hîp ¶nh lo¹i I b¾t ®Çu ë mçi nhãm ¶nh trong chuçi, sÏ nhËn ®­îc ¶nh ®Çu ra hoµn chØnh b»ng c¸ch trªn. Nã ®­îc l­u trong bé nhí ¶nh vµ ®­îc sö dông ®Ó gi¶i m· c¸c ¶nh tiÕp theo. Trong tr­êng hîp ¶nh P sÏ thùc hiÖn gi¶i l­îng tö ho¸ vµ biÕn ®æi DCT ng­îc víi viÖc sö dông c¸c vÐct¬ chuyÓn ®éng vµ lu vµo bé nhí ¶nh sím h¬n. Trªn c¬ së ®ã, x¸c ®Þnh ®­îc dù b¸o ¶nh ®ang xÐt. Ta nhËn ra ¶nh sau khi céng dù b¸o ¶nh vµ kÕt qu¶ biÕn ®æi DCT ng­îc. ¶nh nµy còng ®­îc l­u vµo bé nhí ®Ó sö dông khi gi¶i m· c¸c ¶nh tiÕp theo. Nhí ®Öm Gi¶i m· entropy Gi¶i l­îng tö hãa BiÕn ®æi DCT ng­îc å ¶nh dù b¸o Nhí ¶nh NÐn video Sè liÖu ®iÒu khiÓn Video H×nh 4.13 Gi¶i m· MPEG 4.7.3 Tiªu chuÈn nÐn MPEG-2 a. CÊu tróc dßng bit video MPEG-2 CÊu tróc dßng bit video MPEG-2 cã sù ph©n líp vµ lµ sù më réng có ph¸p cña cÊu tróc MPEG-L. Nã bao gåm c¸c chøc n¨ng cña MPEG-L, cã nghÜa lµ chóng t­¬ng hîp víi nhau. Cã hai h­íng ®i trong dßng bit MPEG-2, hoÆc theo quy tr×nh cña MPEG-L hoÆc theo chøc n¨ng më réng cña MPEG-2. Chuçi Header MPEG-1 ISO/IEC 11172-2 Chuçi më réng Dßng bit H×nh 4.14 Hai h­íng bit trong có ph¸p dßng bit MPEG-2 H­íng më réng ph¶i thùc hiÖn mäi lîi Ých cña MPEG- 1. ChÊp nhËn ®é phøc t¹p cao. MPEG-2 cã kh¶ n¨ng xö lý chuçi video xen kÏ. S¬ ®å m· ho¸ cã thÓ thÝch nghi víi sù lùa chän Field hoÆc Frame trong khi MPEG-L chØ cã mét mode cè ®Þnh. Chuçi video ®­îc b¾t ®Çu m· ho¸ b»ng Sequence Header, sau ®ã lµ chuçi më réng (nÕu cã) vµ c¸c nhãm ¶nh. NÕu phÇn chuçi më réng kh«ng ®­îc x¸c ®Þnh (kh«ng cã m· b¸o cã thµnh phÇn më réng), c¸c líp tÝn hiÖu tiÕp theo khi ®ã sÏ thùc hiÖn quy tr×nh gi«ng MPEG-L, ®ã lµ t­¬ng hîp thuËn. Header cña nhãm ¶nh cã chøc n¨ng t­¬ng tù nh Header cña MPEG-L vµ kh«ng cã chøc n¨ng ®Æc biÖt trong Extension Header cña GOP. C¸c th«ng sè quan träng dïng ®Ó m· ho¸ më réng ®­îc x¸c ®Þnh nghÜa trong Extension Header cña ¶nh. C¸c líp d­íi Slice kh«ng bÞ ¶nh h­ëng ®¶ng kÓ. Slice tæng qu¸t kh«ng cÇn m· hãa c¸c vïng nhÊt ®Þnh nµo ®ã trªn ¶nh còng lµ mét bé phËn cña Extension MPEG-2. Chuçi Header Chuçi më réng GOP Header GOP më réng Header ¶nh ¶nh më réng Líp Slice Líp MB Líp Block H×nh 4.15 CÊu tróc dßng bit video MPEG-2 b. §Æc tÝnh vµ møc NÐn MPEG-2 cã chuçi c¸c møc (Level) vµ ®Æc tÝnh (Profile) ®­îc dïng cho nhiÒu øng dông kh¸c nhau. Ph©n chia c¸c cÊu tróc thµnh c¸c tËp con gäi lµ Profile. Trong ph¹m vi mçi Profile chØ cho phÐp sö dông c¸c phÇn tö cña c¸c phÇn tö võa ph¶i trong cÊu tróc tÝn hiÖu ®Çy ®ñ. C¸c ®Þnh nghÜa vÒ Profile: · Simple Profile (Profile ®¬n gi¶n): sè b­íc nÐn thÊp nhÊt chØ cho phÐp m· ho¸ c¸c ¶nh I hoÆc P, viÖc t¸ch ¶nh lo¹i B lµm gi¶m bé nhí dïng cho gi¶i m· chuçi. · Min Profile (Profile chÝnh): cho phÐp sö dông tÊt c¶ c¸c lo¹i ¶nh nhng kh«ng t¹o ra c¸c møc bÊt kú. ChÊt l­îng tèt h¬n Profile ®¬n gi¶n nhng tèc ®é bit kh«ng thay ®æi. · SNR Profile Scalable (Profile nh©n cÊp theo SNR): tÝn hiÖu tiªu chuÈn MPEG-2 cho phÐp ph©n cÊp theo tý sè tÝn hiÖu trªn t¹p ©m. Chuçi ¶nh cã thÓ chia thµnh hai líp ph©n biÖt nhau vÒ chÊt l­îng. Líp thÊp bao gåm ¶nh c¬ së, líp cao bao gåm ¶nh hoµn thiÖn h¬n, cho phÐp kh«i phôc cïng ¶nh ®ã nh­ng chÊt l­îng cao h¬n. · Spatially Scable Profiie (ph©n cÊp theo kh«ng gian): chuçi ¶nh ®­îc chia ra thµnh hai líp t­¬ng ­ng víi ®é ph©n gi¶i kh¸c nhau cña ¶nh. Líp thÊp bao gåm ¶nh cã ®é ph©n gi¶i thÊp, vÝ dô nh­ truyÒn h×nh tÝn hiÖu tiªu chuÈn, líp cao bao gåm ¶nh cã ®é ph©n gi¶i cao h¬n, vÝ dô nh­ truyÒn h×nh ®é ph©n gi¶i cao (HDTV). · High Profile (Profile cao): cho phÐp ®èi víi c¶ hai lo¹i thang møc vµ chuÈn 4:2:2 cña tÝn hiÖu video. Bao gåm toµn bé c¸c c«ng cô cña Profile tr­íc céng thªm kh¶ n¨ng m· ho¸ c¸c tÝn hiÖu kh¸c nhau cïng mét lóc. §©y lµ hÖ thèng hoµn h¶o ®­îc thiÕt kÕ cho toµn bé c¸c øng dông mµ kh«ng bÞ h¹n chÕ bëi tèc ®é bit cao. VÊn ®Ò h¹n chÕ møc cã liªn quan ®Õn ®é ph©n gi¶i cùc ®¹i cña ¶nh. Cã 4 møc sau: · Low level (møc thÊp): øng víi ®é ph©n gi¶i cña MPEG- 1 , b»ng 1/4 ®é ph©n gi¶i truyÒn h×nh tiªu chuÈn. · Min level (møc chÝnh): ®é ph©n gi¶i truyÒn h×nh tiªu chuÈn. · High-1440 level (møc cao): ®é ph©n gi¶i cña HDTV víi 1440 mÉu/dßng. · High level (møc cao): ®é ph©n gi¶i cña HDTV víi 1920 mÉu/dßng. 4.8 Kü thuËt nÐn Audio Kü thuËt m· ho¸ nguån sö dùng nh»m lµm gi¶m l­îng th«ng tin d­ thõa trong tÝn hiÖu audio. Lo¹i bá c¸c thµnh phÇn tÇn sè kh«ng nghe thÊy. C¸c tÝn hiÖu nÐn sè liÖu nÐn audio chÝnh bao gåm: · M· ho¸ dù ®o¸n trong miÒn thêi gian: ph­¬ng ph¸p nµy sö dông m· ho¸ sai sè gi÷a c¸c m· liÒn nhau. Th«ng tin audio ®­îc biÓu diÔn vµ truyÒn ®i b»ng dßng bit víi tèc ®é gi¶m xuèng. · M· ho¸ trong miÒn tÇn sè: kü thuËt nµy sö dông c¸c khèi mÉu audio PCM tuyÕn tÝnh tõ miÒn thêi gian sang c¸c gi¶i b¨ng tÇn kh¸c nhau trong miÒn tÇn sè. 4.8.1 Ph­¬ng ph¸p nÐn kh«ng mÊt th«ng tin NÐn kh«ng mÊt th«ng tin cho phÐp phôc håi l¹i c¸c tÝn hiÖu nh ban ®Çu sau khi gi¶i nÐn. Ph­¬ng ph¸p nµy lo¹i bá d­ thõa thèng kª b»ng c¸ch dù ®o¸n tr­íc gi¸ trÞ tÝn hiÖu tõ c¸c mÉu tr­íc. NÐn kh«ng mÊt th«ng tin chñ yÕu dùa vµo c¸c kü thuËt m· ho¸ dù ®o¸n trong miÒn thêi gian: c¸c kü thuËt DCPM hay ADPCM, m· ho¸ entropy... Ngoµi ra nÐn audio cßn sö dông khèi c¸c hÖ thèng ®iÓn lu ®éng. Trong hÖ thèng nµy c¸c gi¸ trÞ nhÞ ph©n tõ qu¸ tr×nh A/D ®­îc nhãm thµnh tõng khèi sè liÖu trong c¶ miÒn thêi gian vµ miÒn tÇn sè. Mçi gi¸ trÞ ®­îc biÓu diÔn b»ng mét phÇn ®Þnh trÞ chÝnh lµ c¸c gi¸ trÞ mÉu vµ mét hÖ sè mò thÝch hîp víi biªn ®é mÉu. §©y lµ qu¸ tr×nh l­îng tö ho¸ kh«ng ®Òu trong ®ã b­íc l­îng tö ®­îc x¸c ®Þnh b»ng sè bil trong mét khèi. Sè liÖu ®­îc gi¶m b»ng c¸ch göi ®i gi¸ trÞ mò trªn mçi khèi sè liÖu. A/D 16 bÝt Bé ®Öm C©n b»ng sè TÝnh to¸n c©n b»ng C¶m nhËn ©m thanh GhÐp kªnh TÝn hiÖu vµo t­¬ng tù 16 bit 16 bit 12 bit phÇn ®Þnh vÞ Dßng bit ®­îc m· hãa 3 bit sè mò H×nh 4.16 HÖ thèng m· ho¸ ®iÓm ®éng khèi sè liÖu audio 4.8.2 Ph­¬ng ph¸p nÐn cã mÊt th«ng tin NÐn cã mÊt th«ng tin dùa trªn tÝnh chÊt c¶m thô ©m thanh cña tai ng­êi. Lo¹i bá thµnh phÇn kh«ng nghe thÊy trong tin hiÖu ©m thanh. C¸c kü thuËt ®­îc sö dông bao gåm: kü thuËt Marking (che) c¸c thµnh phÇn tÝn hiÖu trong miÒn thêi gian vµ kh«ng gian. M· hãa phèi hîp øng dông cho hÖ thèng audio nhiÒu kªnh. Th«ng tin trïng hîp gi÷a c¸c kªnh ®­îc lo¹i bá, chóng chØ ®­îc m· ho¸ mét lÇn vµ khi ®­îc m· ho¸ chØ râ sÏ lÆp l¹i ë kªnh x¸c ®Þnh n¸o. 4.8.3. Tiªu chuÈn nÐn audio MPEG-1 Th«ng tin ®Çu CRC VÞ trÝ bit HÖ sè c©n b»ng C¸c mÉu Sè liÖu phô Líp I Th«ng tin ®Çu CRC VÞ trÝ bit SCIF C¸c mÉu Sè liÖu phô Líp II Th«ng tin ®Çu CRD Th«ng tin phô C¸c bit dù tr÷ Líp III HÖ sè c©n b»ng H×nh 4.17 D¹ng dßng sè liÖu cña c¸c líp audio MPEG Ba líp tiªu chuÈn MPEG audio ®¸p øng cho c¸c chÕ ®é kh¸c nhau gåm: · ChÕ ®é mono: ChØ cã mét kªnh. · ChÕ ®é dua mono: Cã hai kªnh ®éc lËp. · ChÕ ®é stereo: C¸c ©m thanh næi. · ChÕ ®é joint stereo: Phèi hîp quan hÖ gi÷a c¸c kªnh ©m thanh næi. Líp I: Tèc ®é 32 . 448 Kbit/s sö dông trong c¸c líp audio MPEG. Líp P: Tèc ®é 32 : 384 Kbit/s sö dông trong ®Üa CD. Líp Ш: Tèc ®é 32¸320 Kbit/s sö dông trong c¸c øng dông nÐn intemel. 4.8.4. Tiªu chuÈn nÐn audio MPEG-2 NÐn MPEG-2 lµ më réng cña MPEG-L. NÐn MPEG-2 ¸p dông cho nhiÒu tèc ®é kh¸c nhau. Tõ 32 : l066kbit/s. ChÊt l­îng ©m thanh biÕn ®æi tuú theo tõng øng dông. Khung MPEG-2 audio ®­îc chia lµm hai phÇn, mét cho dßng bÝt c¬ b¶n t­¬ng thÝch víi.chuÈn MPEG-L (384 KhÞt cho líp P) vµ mét dßng bit më réng. Víi líp Ш t¹i tèc ®é 64kbit/s cho mét kªnh audio, qu¸ tr×nh m· hãa cã thÓ phèi hîp 5 kªnh audio t¹o thµnh dßng bit cá tèc ®é 320 Kbit/s. Mçi líp t­¬ng øng sÏ ®­îc më réng víi c¸c tÝnh chÊt kh¸c nhau, tÇn sè lÊy mÉu cã thÓ ®­îc gi¶m mét nöa møc tÇn sè lÊy mÉu cña møc tiªu chuÈn MPEG- 1. NÐn MPEG-2 audio cho kh¶ n¨ng sö dông nhiÒu kªnh tèc ®é bit më réng cña c¸c kªnh cã thÓ lªn tíi 1 Mbit/s. Phôc vô cho c¸c øng dông tèc ®é cao. C¸c sè liÖu ®­îc chÌn vµo kho¶ng chøa sè liÖu phô cña cÊu tróc khung audio MPEG-2. Ch­¬ng 5 TRUYÒN DÉN TRUYÒN H×NH Sè Trong kÜ thuËt truyÒn h×nh t­¬ng tù, ng­êi ta sö dông ph­¬ng ph¸p ®iÒu biªn (AM) hoÆc ®iÒu tÇn (FM). T¹i ®©u thu sÏ ®­îc gi¶i ®iÒu chÕ ®Ó t¸i t¹o l¹i th«ng tin vÒ h×nh ¶nh, ©m thanh ban ®Çu. Víi truyÒn h×nh sè trªn mçi kªnh th«ng tin cã thÓ truyÒn ®­îc nhiÒu ch­¬ng tr×nh truyÒn h×nh sau khi qua hÖ thèng ghÐp kªnh dßng truyÒn t¶i. §Ó truyÒn dÉn ®­îc tÝn hiÖu sè, ph¶i sö dông.ph­¬ng ph¸p m· ho¸ vµ ®iÒu chÕ tÝn hiÖu sè, ®¶m b¶o tÝn hiÖu sè ®­îc truyÒn ®Õn ®©u thu ®­îc trung thùc. 5.1. HÖ thèng ghÐp kªnh vµ truyÒn t¶i MPEG - 2 5.1.1. HÖ thèng ghÐp kªnh vµ ph©n kªnh MPEG-2 a. M· ho¸ §Ó cã thÓ truyÒn víi ®é tin cËy cao, c¸c dßng c¬ së video, audio ®­îc ®ãng l¹i thµnh dßng c¬ së ®ãng gãi PES (Packetized ES) t­¬ng øng víi c¸c gãi cã ®é dµi thay ®æi. Mçi gãi PES bao gåm mét header vµ sè liÖu c¸c dßng c¬ së. C¸c gãi PES nµy ®­îc ghÐp kªnh víi nhau t¹o ra dßng truyÒn t¶i TS (Transport Stream) hoÆc dßng ch­¬ng tr×nh. H×nh 5.1. HÖ thèng ghÐp kªnh, ph©n kªnh MPEG - 2 b. Gi¶i m· Gåm c¸c quy tr×nh ng­îc l¹i, dßng truyÒn t¶i ®­îc ph©n kªnh ®Ó tr¶ l¹i c¸c dßng c¬ së video vµ dßng s¬ cÊp andio. Sau ®ã ®­îc gi¶i m· video, audio ®Ó t¹o l¹i tÝn hiÖu. c §ång bé §ång bé lµ mét vÊn ®Ò quan träng. §èi víi c¸c bé ghÐp kªnh ph©n chia thêi gian, thêi gian trÔ gi÷a bé m· ho¸ vµ bé gi¶i m· th­êng cã gi¸ trÞ kh«ng ®æi. §èi víi c¸c bé ghÐp kªnh gãi nh MPEG - 2, thêi gian trÔ ph¶i thay ®æi theo sù thay ®æi ®é dµi gãi (nÕu cã) vµ tÇn sè ghÐp kªnh. §ång bé trong hÖ thèng ghÐp kªnh MPEG - 2 ®­îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c nh·n thêi gian (Time Stamps) vµ c¸c chuÈn ®ång hå (Clock Reference). 5.1.2 CÊu tróc c¬ së dßng ES Dßng c¬ së lµ tÝn hiÖu gèc t¹i ®Çu ra cña bé m· ho¸, chøa nh÷ng th«ng tin cÇn thiÕt gióp gióp bé gi¶i m· t¹o l¹i tÝn hiÖu h×nh ¶nh hoÆc ©m thanh ban ®Çu. §¬n vÞ c¬ së cña mét h×nh ¶nh lµ khèi 8 x 8 phÇn tö ¶nh. HÖ s« øng víi thµnh phÇn mét chiÒu ®­îc göi ®i tr­íc víi ®é chÝnh x¸c cao h¬n c¸c hÖ s« kh¸c. M· End of Block göi sau cïng. C¸c Block hîp thµnh c¸c Macroblock (MB), mçi MB cã mét vÐct¬ chuyÓn ®éng hai chiÒu. C¸c MB hîp l¹i t¹o thµnh c¸c Slice. Slice cã thÓ b¾t ®Çu tõ bÊt k× ®iÓm nµo vµ cã kÝnh th­íc tuú ý. Tuy nhiªn, ®èi víi tiªu chuÈn ATSC quy ®Þnh Slice ph¶i b¾t ®Çu tõ mÐp phÝa tr¸i cña h×nh ¶nh. NhiÒu Slice hîp l¹i t¹o thµnh mét ¶nh hoÆc mét mµnh tÝch cùc, vµi ¶nh tËp hîp thµnh mét nhãm ¶nh (GOP). Nhãm ¶nh b¾t ®Çn b»ng mét ¶nh I. NhiÒu nhãm ¶nh GOP hîp l¹i thµnh chuçi d÷ liÖu video. 5.1.3 Dßng c¬ së ®ãng gãi PES Dßng c¬ c¬ ®ãng gãi PES cã thÓ t¹o ra tõ mét trong hai bé m· ho¸ lµ: m· ho¸ øng dông vµ m· ho¸ truyÒn t¶i. Dßng c¬ së ®ãng gãi (PES) vµ dßng d÷ liÖu c¬ së (ES) cã chiÒu dµi v« tËn ®­îc chia thµnh c¸c gãi cã kÝch th­íc phï hîp cho tõng øng dông. ChiÒu dµi cña gãi cã thÓ tíi vµi tr¨m Kbytes. ChiÒu dµi cùc ®¹i cña gãi PES lµ 216 bytes. 5.1.4 GhÐp kªnh dßng ch­¬ng tr×nh (Program Stream MUX) Mét dßng ch­¬ng tr×nh lµ kÕt qu¶ ghÐp kªnh mét vµi dßng c¬ së ®ãng gãi sö dông cïng mét hÖ thèng xung nhÞp thêi gian (Time Clock). Dßng ch­¬ng tr×nh cã thÓ lµ mét dßng video cã kÌm audio hoÆc mét ch­¬ng tr×nh nhiÒu kªnh audio. Dßng video c¬ së chia thµnh c¸c ®¬n vÞ truy cËp (AU - Access Unit). Mçi AU chøa d÷ kiÖu ®· ®­îc nÐn cña mét ¶nh. Mçi video Au lµ mét gãi ch­¬ng tr×nh (Program Stream Packet). Dßng ch­¬ng tr×nh bao gåm c¸c gãi PES cã ®é dµi thay ®æi ®­îc thiÕt kÕ ®Ó truyÒn trong m«i tr­êng kh«ng cã t¹p nhiÔu. Program Stream MUX Video PES Audio PES Program Stream (PS) Audio Video Audio Program Stream MUX = GhÐp kªnh dßng ch­¬ng tr×nh Dßng ch­¬ng tr×nh Gãi PES H×nh 5.2 GhÐp kªnh dßng ch­¬ng tr×nh vµ dßng ch­¬ng tr×nh 5.1.5 GhÐp kªnh dßng truyÒn t¶i (Transport Stream MUX) NÕu chia c¸c gãi PES cã ®é dµi kh¸c nhau thµnh c¸c gãi TS cã ®é dµi kh«ng ®æi vµ truyÒn c¸c gãi nµy ®i sau khi ®· céng víi dßng bit ®iÒu khiÓn dïng ®Ó m« t¶ ch­¬ng tr×nh, ta sÏ cã dßng truyÒn t¶i TS. Transport Stream MUX Transport Stream (TS) PID1 PID2 PID(n-3) PID(n-2) PID(n-1) PID(n) · · · Video PES Audio PES Video PES Audio PES Data Elementary Stream map (Program - map - table) Elementary Stream map = ¸nh x¹ dßng c¬ së; Transport Stream LUX = GhÐp kªnh dßng truyÒn t¶i PLD = Packet ldentifcation H×nh 5.3 GhÐp kªnh dßng truyÒn t¶i a. CÊu tróc gãi truyÒn t¶i KÝch th­íc gãi truyÒn t¶i cè ®Þnh vµ b»ng 188 bytes, chia thµnh d÷ liÖu b¾t ®Çu (header) vµ d÷ liÖu cã Ých (Payload). D÷ liÖu b¾t ®Çu cã ®é dµi tèi thiÓu b»ng 4bytes vµ cã c©u tróc sau: · Sync byte: Byte ®ång bé ®­îc ph©n biÖt bêi bé gi¶i m·. · Transport Enor Indication (1 bit). Bit nµy dïng ®Ó b¸o hiÖu cã lçi gãi x¶y ra trªn ®­êng truyÒn khi tØ lÖ sai nhÇm bit (BER) vît qu¸ giíi h¹n cho phÐp. · Backet Identification (PID): M· 13 bit nµy ®­îc sö dông ®Ó ph©n biÖt c¸c lo¹i gãi kh¸c nhau. C¸c dßng bit c¬ së ®ãng gãi DES vµ dßng bit ®iÒu khiÓn ®­îc nhËn biÕt bëi PIDs duy nhÊt cña chóng trong gi¸ trÞ ®Çu cña mµnh. · Continuity counter: M· 4 bit nµy ®­îc gia t¨ng trÞ sè t¹i m¹ch m· ho¸ mçi khi cã mét gãi ®­îc truyÒn ®i. Sö dông m· nµy ®Ó x¸c ®Þnh khi cã d÷ liÖu nµo ®ã bÞ mÊt hoÆc lÆp l¹i. b. HÖ thèng ghÐp c¸c dßng truyÒn t¶i §©y lµ mét qu¸ tr×nh ghÐp c¸c dßng truyÒn t¶i kh¸c nhau. Trong qu¸ tr×nh céng, c¸c dßng bit truyÒn t¶i sÏ t­¬ng øng víi viÖc céng c¸c ch­¬ng tr×nh riªng biÖt vµ dßng bit ®iÒu khiÓn cÊp hÖ thèng, ®­îc ®Þnh nghÜa víi PID - 0. Dßng bit nµy mang th«ng tin trong mét b¶n tæ chøc ch­¬ng tr×nh, s¾p xÕp c¸c tØ sè nhËn biÕt ch­¬ng tr×nh. T¹i bªn thu, c¸c dßng bit c¬ së chØ cÇn mét bé t¸ch kªnh ®Ó trÝch c¶ hai b¶ng tæ chøc ch­¬ng tr×nh vµ b¶ng ¸nh x¹ ch­¬ng tr×nh. c. §Æc ®iÓm cña dßng truyÒn t¶i MPEG-2 Dßng truyÒn t¶i MPEG - 2 víi ®é dµi TS cè ®Þnh, cã mét sè nh÷ng ­u ®iÓm n«i bËt sau: · CÊp ph¸t dung l­îng ®éng: C¸c gãi TS víi ®é dµi cè ®Þnh t¹o kh¶ n¨ng linh ho¹t trong viÖc cÊp ph¸t dung l­îng kªnh gi÷a c¸c sè liÖu video, audio còng nh­ c¸c sè liÖu phô. Mçi gãi TS ®­îc nhËn d¹ng bëi sè PID cã trong TS Header. · Kh¶ n¨ng co d·n: Mét kªnh cã d¶i th«ng réng h¬n ®­îc khai th¸c tèi ®a b»ng c¸ch sö dông nhiÒu dßng s¬ cÊp ES t¹i ®Çu vµo bé ghÐp kªnh, hoÆc ghÐp kªnh thªm c¸c dßng c¬ b¶n ES nµy vµo dßng bit ban ®Çu t¹i mét bé kªnh ghÐp thø hai. TÝnh chÊt nÇy cã gi¸ trÞ khi ph©n phèi trªn m¹ng còng nh­ cung cÊp kh¶ n¨ng liªn vËn hµnh. Kh¶ n¨ng liªn vËn hµnh thÓ hiÖn ë hai ®iÓm. - Dßng truyÒn t¶i MPEG-2 cã thÓ ®­îc truyÒn trªn tÊt c¶ hÖ thèng th«ng tin. - HÖ thèng MPEG-2 cã thÓ truyÒn c¸c dßng bit ®· ®­îc t¹o ra bëi c¸c hÖ thèng th«ng tin kh¸c. · Kh¶ n¨ng më réng: CÊu tróc dßng truyÒn t¶i cho phÐp më réng ®­îc kh¶ n¨ng phôc vô t­¬ng lai. Cã thÓ ghÐp thªm c¸c dßng bit c¬ së míi mµ kh«ng cÇn söa ®«i phÇn cøng phÝa ph¸t, chØ cÇn ghÐp c¸c PID míi. · Kh¶ n¨ng chèng lçi vµ ®ång bé: C¸c gãi TS cã ®é dµi kh«ng ®æi t¹o nÒn t¶ng cho viÖc kiÓm so¸t lçi g©y ra bëi ®­êng truyÒn vµ viÖc kh«i phôc l¹i ®ång bé. · ThiÕt bÞ thu rÎ tiÒn: ChÕ t¹o bé gi¶i m· hÖ thèng ®¬n gi¶n. 5.2 KÜ thuËt ®iÒu chÕ vµ gi¶i ®iÒu chÕ 5.2.1 Giíi thiÖu Khi ph¸t mét luång sè trªn kªnh v« tuyÕn, c¸c tÝn hiÖu b¨ng gèc sè ph¶i ®­îc biÕn ®æi thµnh c¸c tÝn hiÖu b¨ng tÇn v« tuyÕn, qu¸ tr×nh nµy gäi lµ ®iÒu chÕ. Qu¸ tr×nh t¸i t¹o l¹i tÝn hiÖu sè tõ c¸c tÝn hiÖu trong b¨ng tÇn v« tuyÕn gäi lµ d¶i ®iÒu chÕ. Qu¸ tr×nh ®iÒu chÕ bao gåm viÖc kho¸ chuyÓn biªn ®é, tÇn sè hai pha cña sãng mang tÇn, t¹i ba ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ ®Ó truyÒn dÉn sè lµ ®iÒu biªn, ®iÒu tÈn vµ ®iÒu pha. · NÕu cÇn truyÒn dßng sè b»ng ®iÒu chÕ biªn ®é cao thÊp, theo dßng tÝn hiÖu cao thÊp, theo dßng tÝn hiÖu xung cã - kh«ng th× khi ®ã ta sÏ chøng kiÕn cã sù dÞch chuyÓn biªn ®é sãng cao tÇn lóc cao, lóc thÊp theo tÝn hiÖu sè cÇn truyÒn gäi lµ ook. · NÕu dßng xung cã - kh«ng b»ng ph­¬ng ph¸p diÒu tÇn th× lóc nµy ta thÊy tÇn sè sãng cao tÇn lóc cao lóc thÊp tuú thuéc vµo biªn ®é dßng xung. · NÕu truyÒn xung cã, kh«ng b»ng ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ pha th× pha cña sãng cao t©n còng cã sù dÞch chuyÓn. · Mçi ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ cã ­u ®iÓm riªng. ViÖc lùa chän phô thuéc vµo tiÒm n¨ng th«ng tin, c«ng suÊt ph¸t vµ ®é réng kªnh. ViÖc lùa chän ph¶i ®¶m b¶o: - Tèc ®é sè liÖu cùc ®¹i. - X¸c suÊt lçi cùc tiÓu. - C«ng suÊt ph¸t cùc tiÓu. - §é réng kªnh cùc tiÓu. - Kh¶ n¨ng chèng nhiÔu cùc ®¹i. - Møc ®é phøc t¹p cùc tiÓu. Trong kü thuËt truyÒn h×nh sè, viÖc sö dông ®iÒu chÕ kho¸ chuyÓn pha vµ kho¸ chuyÓn biªn kÕt dông ®­îc gäi lµ ®iÒu chÕ cÇu ph­¬ng hay biªn ®é vu«ng gãc (QAM). 5.2.2 Ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ M - PSK M-PSK lµ ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ tÝn hiÖu sè. Th«ng tin sÏ ®­îc truyÒn t¶i ®i d­íi d¹ng c¸c biÓu tr­ng (Symbol). Mçi symbol mang mét th«ng tin cña 2, 3 hoÆc nhiÒu bit vµ ®­îc truyÒn lÖch pha nhau. Sè l­îng bit, ®é lÖch pha phô thuéc vµo gi¸ trÞ M. NÕu truyÒn dÉn M tÝn hiÖu sè riªng biÖt qua mét kªnh h¹n chÕ ®¬n biªn, khi ®ã ph­¬ng ph¸p ®iÒu chÕ lµ thay ®æi pha sãng mang theo M bËc gi¸n.®o¹n. Víi M tÝn hiÖu sè kh¸c biÖt ®Õn tõ M nguån kh¸c biÖt, ta cã lèc ®é bit thÊp h¬n mµ ®é réng b¨ng vÉn gi÷ nguyªn. Si(t) Acos(wSCt + 2pi/M + l) M = 2n trong ®ã: A lµ biªn ®é tÝn hiÖu. wSC = 2pfCS víi fSC lµ tÇn sè sãng mang. M lµ sè symbol ®­îc truyÒn trong mét chu kú bit. N lµ mét sè nguyªn d­¬ng bÊt kú vµ b»ng sæ bit Ýmg víi mçi biÓu tr­ng. i = 0, 1 2... M-l S(t) lµ tÝn hiÖu sè sau ®iÒu chÕ. 5.2.3 §iÒu chÕ QPSK (4 - PSK) §iÒu chÕ kho¸ dÞch pha cÇu ph­¬ng QPSK - Quadrature Phase Shift Keying øng víi tr­êng hîp M - 4. Ta cã ph­¬ng tr×nh: Si(t) = Acos(wSC+ 2pi/4 + l) Bé ®iÒu chÕ QPSK cã sãng mang dÞch pha 900. §èi víi tr­êng hîp l = 0, d¹ng sãng cã 4 kh¶ n¨ng, mçi d¹ng sãng ®­îc truyÒn ®i trong kho¶ng TS vµ ®­îc biÓu diÔn nh sau: S0(t) = Acosw0t S1(t) = Asinw0t S2(t) = Acosw0t S3(t) = Asinw0t víi 0 < t < TS 5.2.4 §iÒu chÕ M - QAM ë hÖ thèng M-PSK, c¸c thµnh phÇn ®ång pha vµ vu«ng gãc ®­îc kÕt hîp víi nhau ®­îc mét tÝn hiÖu t«ng hîp cã ®­êng bao kh«ng ®æi. NÕu lo¹i bá ®iÒu nµy vµ ®Ó cho c¸c thµnh phÇn ®ång pha vµ pha vu«ng gãc cã thÓ ®éc lËp víi nhau, ta ®­îc s¬ ®å ®iÒu chÕ míi gäi lµ ®iÒu chÕ biªn ®é vu«ng gãc (cÇu ph­¬ng) M tr¹ng th¸i (M - QAM). Trong ph­¬ng thøc ®iÒu chÕ M-QAM, sãng mang bÞ ®iÒu chÕ c¶ pha vµ biªn ®é. Chïm tÝn hiÖu cña M - QAM bao gåm mét m¹ng c¸c ®iÓm tin h×nh ch÷ nhËt. Víi tr­êng hîp M - 16 (16-QAM), d¹ng c¬ së cña chïm tÝn hiÖu lµ d¹ng cña 1 tÝn hiÖu ASK cã L tr¹ng th¸i víi L = 4. Tæng qu¸t mét tÝn hiÖu ®iÒu chÕ 16-QAM cho phÐp truyÒn M - L2 ký hiÖu ®éc lËp nh nhau trªn cïng mét ®é réng b¨ng tÇn cña kªnh cÇn thiÕt cho s¬ ®å ®iÒu chÕ ASK M tr¹ng th¸i. D¹ng tæng qu¸t cña QAM - M ®­îc x¸c ®Þnh b»ng tÝn hiÖu ph¸t. di(t) = - trong ®ã: E0 lµ n¨ng l­îng cña tÝn hiÖu cã biªn ®é thÊp nhÊt. ai, bi lµ cÆp sè nguyªn ®éc lËp ®­îc chän tuú ý theo vÞ trÝ cña ®iÓm b¶n tin. T - 2Tb lµ thêi gian cña mét ký hiÖu. TÝn hiÖu Si(t) gåm hai thµnh phÇn sãng mang cã pha vu«ng gãc ®­îc ®iÒu chÕ bëi mét tËp hîp tÝn hiÖu rêi r¹c cã tªn lµ "®iÒu chÕ cã biªn ®é vu«ng gãc". Ph©n tÝch Si thµnh hai hµm c¬ së: Víi 0 £ t £ T Víi 0 £ t £ T Khi tÝn hiÖu nhÞ ph©n sè ®Õn bé ®iÒu chÕ, nh­ víi QPSK, ®­îc rÏ thµnh hai luång bit riªng biÖt cã nöa tèc ®é bit rb /2 cña tèc ®é luång bit sè liÖu ®Õn rb nhê bé biÕn ®æi nèi tiÕp song song. Bé biÕn ®æi nèi tiÕp - song song lµm biÕn ®æi tÝn hiÖu nhÞ ph©n (trong hÖ thèng thùc tÕ lµ m· AMI hay HDB3) tõ m· AMI hay HDB3 thµnh c¸c digit hai cùc "kh«ng trë vÒ kh«ng" NRZ, thùc hiÖn gi¶ ngÉu nhiªn luång bit vµo còng nh thªm c¸c bit mµo ®Çu ®Ó mang th«ng tin cña khung, bit kiÓm tra ch½n lÎ. H×nh 5.4 So ®å khèi ®iÒu chÕ M - QAM ViÖc gi¶i m· c¸c kªnh c¬ së ®­îc thùc hiÖn ë ®Çu ra m¹ch quyÕt ®Þnh, m¹ch nµy ®­îc thiÕt kÕ ®Ó so s¸nh tÝn hiÖu L møc víi L - 1 ng­ìng quyÕt ®Þnh. Sau ®ã hai chuçi sè c¬ sè hai ®­îc t¸ch ra sÏ kÕt hîp víi nhau ë bé biÕn ®æi song song vµo bé nèi tiÕp ®Ó kh«i phôc l¹i chuçi tÝn hiÖu ban ®Çu. Khi M t¨ng, sù kh¸c nhau gi÷a PSK vµ QAM M tr¹ng th¸i lµ ®¸ng kÓ. VÊn ®ª thiÕt kÕ tÝn hiÖu tÝnh to¸n bao hµm nhiÒu yÕu tè nh gi¶m ®é réng b¨ng tÇn, t¨ng c«ng suÊt, ®é phøc t¹p vµ thÝch øng ®èi víi kªnh sö dông. 5.3. C¸c ph­¬ng thøc truyÒn dÉn tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè Cã ba ph­¬ng ph¸p ®Ó truyÒn dÉn tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè lµ: · TruyÒn qua c¸p quang · TruyÒn qua vÖ tinh · TruyÒn qua mÆt ®Êt 5.3.1 TruyÒn h×nh c¸p HÖ thèng truyÒn h×nh c¸p (CATV - Community Antenna Television) xuÊt hiÖn vµo nh÷ng n¨m cuèi cña thËp niªn 40. ThuËt ng÷ CATV ®­îc dïng ®Ó chØ chung cho c¸c hÖ thèng truyÒn h×nh c¸p v« tuyÕn vµ h÷u tuyÕn. TruyÒn h×nh c¸p sö dông c¸c kªnh truyÒn n»m trong ph¹m vi d¶i th«ng ë cËn d­íi cña b¨ng VHF. C¸c kªnh ®­îc chia thµnh c¸c b¨ng VHP thÊp, VHF gi÷a, VHF cao vµ siªu b¨ng (Super banh). TruyÒn h×nh c¸p v« tuyÕn MMDS (Multiprogram Multipoint Distribution Syslem) sö dông m«i tr­êng truyÒn sãng lµ sãng viba t¹i d¶i tÇn 900 MHz. ViÖc triÓn khai m¹ng MMDS rÊt ®¬n gi¶n do chØ dïng anten nh­ng cã còng nh­îc ®iÓm sau: · H¹n chÕ vïng phó sãng: MMDS ®ßi hái anten thu vµ anten ph¸t ph¶i nh×n thÊy nhau vµ kh«ng cã vËt c¶n trªn ®­êng truyÒn. · ChÞu ¶nh h­ëng m¹nh bëi nhiÔu c«ng nghiÖp. · ChÞu ¶nh h­ëng bëi thêi tiÕt: suy hao rÊt lín trong kh«ng gian khi thêi tiÕt xÊu, dÉn ®Õn gi¶m m¹nh chÊt l­îng tÝn hiÖu h×nh ¶nh t¹i n¬i thu. · Yªu cÇu d¶i tÇn sè v« tuyÕn qu¸ lín: Mçi kªnh truyÒn h×nh cÇn mét d¶i tÇn lµ 8 MHz. NÕu muèn cung cÊp 13 kªnh truyÒn h×nh th× cÇn mét d¶i th«ng lµ 104 MHz. §©y lµ mét d¶i tÇn v« tuyÕn rÊt lín. · G©y can nhiÔu cho c¸c ®µi v« tuyÕn kh¸c. · Khã kh¨n trong viÖc cung cÊp dÞch vô truyÒn h×nh sè. · Kh«ng thÓ cung cÊp c¸c dÞch vô hai chiÒu. TruyÒn h×nh c¸p h÷u tuyÕn lµ hÖ thèng mµ tÝn hiÖu truyÒn h×nh ®­îc dÉn th¼ng tõ trung t©m ch­¬ng tr×nh ®Õn hé d©n b»ng mét sîi c¸p (®ång trôc, c¸p quang, hoÆc c¸p xo¾n). VÒ gãc ®é kü thuËt, truyÒn h×nh c¸p h÷u tuyÕn cã nh÷ng ­u ®iÓm vît tréi h¬n so víi c¸c hÖ thèng truyÒn h×nh kh¸c nh­: · Ýt chÞu ¶nh h­ëng cña nhiÔu c«ng nghiÖp:. C¸c sîi c¸p cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu cao h¬n nhiÒu lÇn so víi tÝn hiÖu v« tuyÕn, ®¶m b¶o chÊt l­îng cho tÝn hiÖu. · Kh«ng chiÕm dông phæ tÇn sè v« tuyÕn: Do lµ mét m¹ng th«ng tin h÷u tuyÕn riªng biÖt. · Kh«ng g©y can nhiÔu cho c¸c tr¹m ph¸t sãng nghiÖp vô kh¸c. · Cã kh¶ n¨ng cung cÊp tèt dÞch vô truyÒn h×nh sè vµ c¸c dÞch vô hai chiÒu kh¸c. · ¦u ®iÓm cña truyÒn h×nh c¸p lµ cã thÓ sö dông c¸c kªnh kÒ nhau ®Ó truyÒn tÝn hiÖu trong tÊt c¶ c¸c ph¹m vi mµ kh«ng xuÊt hiÖn hiÖn t­îng nhiÔu ®ång kªnh. Tuy nhiªn c¸c tÝn hiÖu ph¶i ®­îc ®iÒu khiÓn ë ®é tuyÕn tÝnh cao ®Ó tr¸nh hiÖn t­îng ®iÒu chÕ l¬ng hç. C¸p quang ®­îc øng ®ông réng r·i trong c«ng nghiÖp truyÒn th«ng. M«i tr­êng truyÒn cña c¸p quang lµ bøc x¹ hång ngo¹i víi c¸c thµnh phÇn ®iÖn tõ cã tÇn sè cùc cao ­u ®iÓm cña hÖ thèng c¸p quang lµ ®é réng d¶i th«ng rÊt lín. TÝn hiÖu sè rÊt phï hîp víi ®­êng truyÒn dÉn quang cã thÓ truyÒn trong kho¶ng c¸ch xa víi c¸c tr¹m bï, dïng ph­¬ng ph¸p ®iÒu xung m· PCM ®Ó ®iÒu chÕ nguån tÝn hiÖu cã tèc ®é bÝt cao. §é suy hao thÊp, thêi gian trÔ thÊp. §Ó truyÒn tÝn hiÖu video sè b»ng c¸p quang ph¶i sö dông m· kªnh truyÒn. TÝn hiÖu video sau khi ®­îc biÕn ®æi sang d¹ng sè ®­îc m· ho¸ b»ng m· s¬ cÊp. ViÖc sö dông m· kªnh truyÒn kh¾c phôc ®­îc c¸c nh­îc ®iÓm. · H¹n chÕ thµnh phÇn mét chiÒu vµ thµnh phÇn tÇn sè thÊp ®Ó cã thÓ ®Êu nèii tÝn hiÖu tõ m¹ch nµy sang m¹ch kh¸c b»ng biÕn ¸p hoÆc qua tô. · ThuËn lîi cho viÖc t¸i t¹o xung nhÞp ë ®Çu thu. · Ph¸t hiÖn lçi. 5.3.2 TruyÒn h×nh sè mÆt ®Êt Nh­îc ®iÓm cña ph­¬ng thøc truyÒn h×nh sè mÆt ®Êt lµ: · Kªnh bÞ gi¶m chÊt l­îng do hiÖn t­îng ph¶n x¹ nhiÒu ®­êng. · Gi¸ trÞ t¹p do con ng­êi t¹o ra cao. · Do ph©n bè tÇn sè kh¸ dµy trong phæ tÇn ®èi víi truyÒn h×nh, giao thoa gi÷a truyÒn h×nh sè vµ truyÒn h×nh t­¬ng tù lµ vÊn ®Ò cÇn ph¶i xem xÐt. Sù ra ®êi cña c¸c chuÈn truyÒn h×nh sè mÆt ®Êt nh DVB - T (Digital Video Broadcasting - Terrestrial) cña Ch©u ©u vµ ASTC (Advanced Television Systems Committee) cña Mü ®· kh¾c phôc phÇn lín c¸c ®iÓm bÊt lîi cña truyÒn h×nh sè mÆt ®Êt so víi truyÒn h×nh vÖ tinh vµ c¸p. TruyÒn h×nh sè mÆt ®Êt cã hiÖu qu¶ sö dông phæ tÇn cao h¬n vµ chÊt l­îng tèt h¬n so víi ph¸t sãng t­¬ng tù hiÖn t¹i · Trªn d¶i lÇn cña mét kªnh truyÒn sè cã thÓ ph¸t mét ch­¬ng tr×nh truyÒn h×nh ®é ph©n tÝch cao HDTV hoÆc nhiÒu ch­¬ng tr×nh cã ®é ph©n tÝch truyÒn h×nh thÊp. · Ph¹m vi phñ sãng réng, chÊt l­îng æn ®Þnh, kh¾c phôc ®­îc c¸c vÊn ®Ò nh­ h×nh cã bãng, t¹p nhiÔu t¹p ©m. · Dung l­îng chøa ©m thanh lín. · Cã thÓ chuyªn ®æi tõ ph¸t ch­¬ng tr×nh cã h×nh ¶nh vµ ©m thanh chÊt l­îng cao DHVT sang nhiÒu ch­¬ng tr×nh chÊt l­îng thÊp h¬n vµ ng­îc l¹i. · CÊu tróc cña hÖ thèng ph¸t sãng truyÒn h×nh sè trªn mÆt ®Êt DTTB gåm: · BiÕn ®æi tÝn hiÖu audio, video thµnh c¸c d÷ liÖu sè. · M· ho¸ nguån d÷ liÖu sè, thùc hiÖn nÐn sè ë c¸c tØ sè nÐn kh¸c nhau. · Gãi vµ ®a hîp video, audio vµ c¸c d÷ liÖu phô vµo mét dßng d÷ liÖu, ë ®©y lµ dßng truyÒn t¶i MPEG - 2. · §iÒu chÕ tÝn hiÖu ph¸t b»ng dßng d÷ liÖu.Qu¸ tr×nh nµy bao gåm c¶ m· ho¸ truyÒn dÉn, m· ho¸ kªnh vµ c¸c kü thuËt h¹ thÊp x¸c suÊt lçi, chèng l¹i suy gi¶m chÊt l­îng do fading, t¹p nhiÔu. · Thu: më gãi, gi¶i m·, hiÓn thÞ vµ ®a tiÕng ra m¸y thu. 5.3.3. TruyÒn h×nh sè qua vÖ tinh ¦u ®iÓm cña hÖ thèng truyÒn h×nh qua vÖ tinh: · Mét ®­êng truyÒn vÖ tinh cã thÓ truyÒn c¸c tÝn hiÖu víi kho¶ng c¸ch rÊt §­êng truyÒn vÖ tinh kh«ng bÞ ¶nh h­ëng bëi ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh, ®Þa vËt. · ThiÕt lËp mét ®­êng truyÒn qua vÖ tinh ®­îc thùc hiÖn trong thêi gian ng¾n. · Víi mét vÖ tinh cã thÓ ®Æt v« sè tr¹m thu trªn mÆt ®Êt. Ngoµi ra truyÒn h×nh vÖ tinh cßn cã kh¶ n¨ng ph©n phèi ch­¬ng tr×nh víi c¸c hÖ thèng liªn kÕt kh¸c. Trong truyÒn h×nh vÖ tinh, sè kªnh vÖ tinh ®­îc thiÕt lËp dµnh cho c¸c ch­¬ng tr×nh truyÒn h×nh rÊt ®­îc chó ý. C¸c kªnh sÏ ®­îc lùa chän ®Ó ph¸t c¸c ch­¬ng tr×nh cè ®Þnh trong ngµy hay c¸c ch­¬ng tr×nh dÞch vô. Th«ng tin vÖ tinh ®­îc chia lµm bèn lo¹i: th«ng lin toµn cÇu, th«ng tin trung khu vùc, th«ng tin trong ph¹m vi quèc gia vµ th«ng tin ®Þa ph­¬ng. Trong th«ng tin vÖ tinh toµn cÇu, hÖ thèng th­êng dïng b¨ng C ®Ó truyÒn t¶i víi ba vÖ tinh ë 3 vÞ trÝ kh¸c nhau. Còng chØ cã b¨ng C míi cã thÓ ®¸p øng ®­îc yªu cÇu phñ sãng trªn diÖn réng. Trong ph¹m vi khu vùc lín còng sö dông vÖ tinh b¨ng tÇn C. VÖ tinh b¨ng tÇn K ®­îc sö dông trong ph¹m vi quèc gia vµ cho truyÒn h×nh DBS. HÖ thèng th«ng tin vÖ tinh bao gåm hai bé phËn chÝnh: vÖ tinh nh©n t¹o vµ hÖ thèng th«ng tin. VÖ tinh chøa c¸c hÖ thèng cung cÊp n¨ng l­îng còng nh­ bé duy tr× vÖ tinh trªn quü ®¹o cña nã. HÖ thèng th«ng tin cã c¸c thµnh phÇn nh­ antenna, bé thu, bé chuyÓn ®æi. Nh÷ng tõ viÕt t¾t ATSC Advanced Television System Committee Uû ban hÖ thèng truyÒn h×nh míi (cña Mü) C/N Carrier - to - Noiseratio Tû sè sãng mang trªn t¹p ©m CCIR Consultative Committee on Intemational Telegraph and Telephon Uû ban t­ vÊn ®iÖn tho¹i vµ ®iÖn b¸o quèc tÕ COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing GhÐp ®a tÇn trùc giao cã m· D/A Digital - to - Analogue converter ChuyÓn ®æi sè - t­¬ng tù DCT Discrete Cosine Tranform Chuyªn ®æi cosin rêi r¹c DFT Discrete Fourier Tranform ChuyÓn ®æi Fourier rêi r¹c DPCM Differential Pulse Code Modulation ChuyÓn ®æi xung m· vi sai DQPSK Differential Quadratue Phase Shift Keying Kho¸ dÞch vi sai bèn møc DTTB Digital Terestnal Television Broadcasting TruyÒn dÉn truyÒn h×nh sè mÆt ®Êt DTV Digital Television TruyÒn h×nh sè DVB Digital Video Broadcasting TruyÒn dÉn truyÒn h×nh sè DVB-C DVB - Cable TruyÒn dÉn truyÒn h×nh sè qua c¸p DVB-S DVB - Satellite TruyÒn dÉn truyÒn h×nh sè qua vÖ tinh DVB-T DVB - Ten estrial TruyÒn dÉn truyÒn h×nh sè mÆt ®Êt EBU The European Broadcasting Union Uû ban ph¸t thanh truyÒn h×nh Ch©u ©u FDM Frequency Division Multiplex GhÐp kªnh ph©n chia tÇn sè FFT Fast Fourier Transform ChuyÓn ®æi Fourier nhanh HDTV High Definition Television TruyÒn h×nh ph©n gi¶i cao HL High Level Møc cao (dïng trong MPEG - 2) HP Hig Priority bit stream Dßng bit ­u tiªn cao (dïng trong ®iÒu chÕ ph©n cÊp) I In - phase §ång pha (dïng trong QAM) LCI Inter Camer Interference LDFT Inverse DFT DFT ng­îc IFT Inverse FFT FFT ng­îc ISI Inner Symbol Interference NhiÔu cïng Symbol ISDB Intergeted Services Digital Broadcasting - ten estrial HÖ thèng truyÒn h×nh sè mÆt ®Êt sö dông m¹ng ®a dÞch vô (cña NhËt) ISO Intemational Standard Organisation Tæ chøc tiªu chuÈn quèc tÕ ITU Intemational Telecommunication Union Liªn minh viÔn th«ng quèc tÕ JPEG Joint Photographic Experts Group Nhãm chuyªn gia nghiªn cøu tiªu chuÈn ¶nh MB Macro Block Khèi macro (dïng trong MPEG - 2) ML Main Level (dïng trong MPEG - 2) MP Main Profile (dïng trong MPEG - 2) - MPEG Moving Pictures Experts Group Nhãm chuyªn gia nghiªn cøu vÒ tiªu chuÈn h×nh ¶nh ®éng MUX Multiplex GhÐp kªnh OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing GhÐp ®a tÇn trùc giao PAL Phase Altemating Linh HÖ truyÒn h×nh mµu PAL (pha thay ®æi theo dßng quÐt) PRBS Pseudo - Ram don Binary Sequee Chuçi gi¶ ngÉu nhiªn nhÞ ph©n Q Quadrature phase Vu«ng pha (dïng trong QAM) QAM Quadrature Amplitude Modulation §iÒu chÕ biªn ®é vu«ng gãc QPSK Quadrature Phase Shift Keying Kho¸ dÞch pha vu«ng gãc RF Radio Frequency Cao tÇn RS Reed - Solomon SDTV Standard Definition Television TruyÒn h×nh ph©n gi¶i chuÈn SFN Single Frequency Network M¹ng ®¬n t©n sè SNR Signal Noise Ratio TØ sè tÝn n¹p TDM Time Division Multiplex GhÐp kªnh chia thêi gian TMCC Transmission and Multiplexing Configuration Control §iÒu khiÓn cÊu h×nh ghÐp vµ truyÒn dÉn T Transport Stream Luång truyÒn t¶i UHF Ultra - High Frequency VHF Very - High Frequency VSB Vertigial Side Band Biªn tÇn côt Tµi liÖu tham kh¶o 1 TruyÒn h×nh sè §ç Hoµng TiÕn - Vò §øc Lý 2. TruyÒn h×nh sè Ng« Th¸i TrÞ 3. TruyÒn h×nh sè vµ HDTV NguyÔn Kim S¸ch 4. C¸c hÖ mµu c¬ b¶n NguyÔn TiÕn 5 . Kü thuËt truyÒn h×nh NguyÔn TruyÒn H×nh 6. §o lêng truyÒn h×nh sè Ng« Th¸i TrÞ 7. Th«ng tin khoa häc truyÒn h×nh §µi truyÒn h×nh ViÖt Nam