Đồ án tốt nghiệp xử lý tín hiệu video bao gồm số hoá và thực hiện nén tín hiệu video

Lời Cảm Ơn Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em đã vận dụng đợc các kiến thức cơ bản mà thầy, cô đã truyền đạt trong nhữngnăm vừa qua đồng thời em cũng hiểu thêm đợc nhiều kiến thức

Lời Cảm Ơn

Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em đã vận dụng

đợc các kiến thức cơ bản mà thầy, cô đã truyền đạt trong nhữngnăm vừa qua đồng thời em cũng hiểu thêm đợc nhiều kiến thứcmới, đặc biệt là các kỹ thuật nén tín hiệu audio, video và cách

xử lý tín hiệu trong truyền dẫn phát sóng các chơng trình truyềnhình số

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Nguyễn Văn Khang đã trực tiếp hớng dẫn em làm bản đồ án này Đồng

thời em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trờng Đại HọcBách Khoa Hà Nội đã truyền đạt cho em những kiến thức cơ bảntrong những năm qua để em có thể hoàn thành đề tài đợc giao

Sinh viên Trần DoãnBộ

MỤC LỤC

Lời nói đầu 1

Chương 1:Tổng Quan Về Cụng Nghệ Truyền Hỡnh Số 3

Chơng 2:Xử lý tín hiệu video 10

2.1 / Số hoá tín hiệu video 10

2.1.1 / Lấy mẫu 11

2.1.2 / Lợng tử hoá 17

2.1.3 / Tín hiệu chuẩn thời gian TRS (Time Reference Signal) 20

2.1.4 / Dữ liệu phụ ANC (Ancillary Data) 21

2.1.5 / Quan hệ giữa mành số và mành tơng tự 21

2.2 / Nén tín hiệu video 22

2:2:1 / Mã hoá dự báo DPCM 26

2:2:2 / Mã chuyển vị (Transform Coding) 28

2.2.3 / Nén trong ảnh (Intra-frame Compression) 32

2.2.4 / Nén liên ảnh (Inter-frame Compression) 37

2.2.5 / Chuẩn nén video MPEG 39

Chơng 3:Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số 43

3.1 / Truyền hình số mặt đất DTTB(Digital Terrestrial Television Broadcasting) 43

3.2 / Truyền hình cáp 45

3.3 / Truyền hình vệ tinh 47

3.4 / Truyền hình MDS (Multipoint Distribution System) 48

3.4.1 / TruyÒn h×nh MMDS (Multichanel Multipoint Distribution System) 49 3.4.2 / TruyÒn h×nh LMDS (Local Multipoint Distribution System) 52

KÕt LuËn 56

C¸c tõ viÕt t¾t

Systems (USA)

B-pictures

Bidirectionally predictive pictures (motion) compensation

broadcast)

S for satellite, C for cable, T for terrestrial, CS for SMATV,

TXT for fixed-format teletext and MS for MMDS

Stations

I-pictures

Intra pictures (motion compensation)

or, multipoint microwave distribution system

the Moving Picture Experts Group

DMV)

P-pictures

Predictive pictures

added on to the video, audio and/or multi-media data stream

8 for 8 level terrestrial or 16 for 16 level cable

version

DANH MỤC HèNH, BẢNG HèNH

Hình 1.1 : Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống truyền

hình số 8

Hình 2.1: Biến đổi A/D tín hiệu video màu tổng hợp 10

Hình 2.2: Biến đổi A/D tín hiệu video màu thành phần.10 Hình 2.3: Cấu trúc trực giao 12

Hình 2.4: Cấu trúc “ quincunx “ mành 12

Hình 2.5: Cấu trúc “ quincunx “ dòng 12

Hình 2.6: Quan hệ giữa dòng video số và dòng video tơng tự hệ 525 dòng / 60 mành 14

Hình 2.7: Quan hệ giữa dòng video số và dòng video tơng tự hệ 625 dòng / 50 mành 14

Hình 2.8 : Tiêu chuẩn 4:4:4 15

Hình 2.9 : Tiêu chuẩn 4::2:2 16

Hình 2.10 : Tiêu chuẩn 4:2:0 16

Hình 2.11 : Tiêu chuẩn 4:1:1 16

Hình 2.12 : Quan hệ giữa mành số và mành tơng tự hệ 525 dòng / 60 mành 21

Hình 2.13 : Quan hệ giữa mành số và mành tơng tự hệ 625 dòng / 50 mành 22

Hình 2.14 : Sự phối hợp các kĩ thuật nén 24

Hình 2.15 : Mã hoá DPCM 26

Hình 2.16 : Giải mã DPCM 26

Hình 2.17 : Sơ đồ khối DPCM liên mành 28

Hình 2.18 : Quá trình mã hoá DCT một chiều 30

Hình 2.19 : Biến đổi DCT hai chiều 31

Hình 2.20 : Nén theo ảnh (Frame) 32

Hình 2.21 : Nén theo mành (Field) 33

Hình 2.22 : Nén trong ảnh (Intra-frame Compression) 33

Hình 2.23 : Cấu tạo của MB theo các chuẩn lấy mẫu 33

Hình 2.24 : Quét zig-zag các hệ số lợng tử hoá DCT 35

Hình 2.25 : Quá trình nén trong ảnh 36

Hình 2.26 : Quá trình giải nén trong ảnh 36

Hình 2.27 : Sự bù chuyển động 37

Hình 2.28 : Các khung hình I, B và P 38

Hình 2.29 : Nén liên ảnh 39

Hình 2.30 : Bộ mã hoá Video MPEG cơ bản 42

Hình 2.31 : Cấu trúc nhóm ảnh 42

Hình 2.32 : Giải nén MPEG 42

Hình 3.1 : Mô hình hệ thống truyền hình số quảng bá mặt đất(ITU/R) 44

Hình 3.2 : Mô hình hệ thống truyền hình cáp theo khuyến nghị của ITU 47

Hình 3.3 : Sự phân bố kênh theo tần số trong hệ thống MMDS 49

Hình 3.4 : Hệ thống MMDS điển hình 50

Hình 3.5 : Sơ đồ khối hệ thống phát và thu MMDS 51 Hình 3.6 : Phân bố băng tần LMDS (US) 53 Hình 3.7 : Sơ đồ tái sử dụng tần số với chia sector anten

90 0 (a) và sector anten 60 0 (b) 53 Hình 3.8 : Cấu hình hệ thống LMDS 54

BẢNG

Bảng 2.1: Giá trị các từ mã ứng với các mức và điện áp tín hiệu Y Số hoá 8 bit, 3,196 mV / mức 18 Bảng 2.2 : Giá trị các từ mã ứng với các mức và điện áp tín hiệu Y Số hoá 10 bit; 0,799 mV / mức 18 Bảng 2.3 : Giá trị các từ mã ứng với các mức và điện áp tín hiệu C B , C R Số hoá 8 bit, 3,125 mV / mức 19 Bảng 2.4 : Giá trị các từ mã ứng với các mức và điện áp tín hiệu C B , C R Số hoá 10 bit; 0,781 mV / mức 19 Bảng 2.5 : Các level và profile của MPEG-2 41 Bảng 3.1 : Bảng tóm tắt đặc điểm kĩ thuật chính của LMDS và MMDS 56

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, với chính sách mở cửa đúng

đắn của Đảng và nhà nớc nền kinh tế của nớc nhà đã và đangphát triển với một tốc độ cao Các thành tựu khoa học kỹ thuật mớitrên thế giới đã nhanh chóng thâm nhập vào nớc ta Đặc biệttrong lĩnh vực điện tử-viễn thông, sự xuất hiện những côngnghệ hiện đại, những dây chuyền sản xuất mới có mức độ tự

động hóa cao với hệ thống điều khiển tự động tiên tiến đã tạo

điều kiện thúc đẩy các thành phần kinh tế trong nớc phát triển

v-ợt bậc cả về số lợng lẫn chất lợng

Sự phát triển không ngừng của kỹ thuật số đã xâm nhập vàohầu hết tất cả các lĩnh vực khoa học kĩ thuật, kĩ thuật truyềnhình cũng không nằm ngoài quá trình đó Công nghệ số diễn ratrong truyền hình ngày nay không chỉ do yêu cầu ngày càng cao

về chất lợng của dịch vụ truyền hình mà còn do sức ép đangtăng lên đối với nguồn tài nguyên phổ tần số Đối với những nớc cónền công nghiệp truyền hình-viễn thông phát triển mạnh, vấn

đề này đang trở nên gay gắt hơn bao giờ hết Bên cạnh đó, nhucầu cạnh tranh trong nền kinh tế thị trờng đã thúc ép các nớc nàyphải nhanh chóng xác lập và lựa chọn chuẩn số thích hợp, để sớmtung ra các thiết bị hay dịch vụ số để chiếm thế thợng phongtrên thị trờng Hầu hết các nớc hiện nay đã đặt ra lộ trình

bị thúc ép gay gắt nh các nớc có ngành truyền hình-viễn thôngphát triển hiện nay Bên cạnh mục đích nâng cao chất lợng phục

vụ ngời xem, truyền hình Việt Nam trong 10 đến 15 năm nữa sẽbuộc phải chuyển sang số vì các thiết bị tơng tự sẽ không đợcsản suất nữa Nh vậy, số hoá truyền hình là con đờng tất yếu

mà truyền hình Việt Nam cần phải đi mặc dù còn rất nhiều khókhăn trớc mắt nh điều kiện kinh tế còn eo hẹp, nền công nghiệp

và trình độ khoa học kỹ thuật còn non trẻ

Trong khuôn khổ của đồ án, em đề cập tới các vấn đề của quátrình thực hiện số hoá đối với tín hiệu truyền hình tơng tự,

đồng thời trình bày khái quát về các phơng thức truyền dẫn, cáctiêu chuẩn truyền hình số Bố cục đồ án bao gồm 6 chơng:

Chơng1:Tổng quan về công nghệ truyền hình số

Chơng2: Xử lý tín hiệu video : bao gồm số hoá và thực hiện

nén tín hiệu video

Chơng3: Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số : trình bày

về các phơng thức dịch vụ truyền dẫn nh qua cáp, vệ tinh, phátmặt đất

Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng song do trình độchuyên môn còn giới hạn, tài liệu tham khảo hạn chế cộng với thờigian thực hiện không dài nên trong quá trình thực hiện chắckhông tránh đợc những sai lầm, thiếu sót Vì điều kiện thực tếkhông cho phép nên đồ án của em chỉ dừng lại ở mức độ lýthuyết Rất mong đợc sự thông cảm và hớng dẫn, chỉ bảo thêmcủa các thầy cô và bè bạn để em có thể hiểu rõ hơn về lĩnh vựcnày

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, bạn bè đãgiúp đỡ em trong quá trình thực hiện Đặc biệt là sự hớng dẫn tận

tình của thầy PGS.TS Nguyễn Văn Khang, thầy đã trực tiếp

chỉ dẫn, định hớng, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đồ

án

tù vµ ®ang dÇn chiÕm lÜnh u thÕ t¹o nªn mét cuéc c¸ch m¹ngthùc sù trong c«ng nghiÖp truyÒn h×nh.

Sù dÞch chuyÓn tõ c¸c dÞch vô truyÒn h×nh dùa trªn c¸c øngdông cña kü thuËt t¬ng tù sang c¸c dÞch vô truyÒn h×nh dùa trªnøng dông c¸c kü thuËt sè ®ang ph¸t triÓn mét c¸ch nhanh chãng

Sự dịch chuyển của các dịch vụ truyền hình này một phần lànhờ kết quả của sự hội tụ của các lĩnh vực: truyền hình, viễnthông, các ngành khoa học và đồ hoạ máy tính thông qua việc sửdụng kỹ thuật số

Tín hiệu đầu vào và đầu ra của các hệ thống truyền hình, tạicamera và tại đầu thu tơng ứng vốn là là tín hiệu tơng tự Nhvậy, có một câu hỏi tự nhiên đợc đặt ra tại sao phải số hoá Trongkhi sự suy giảm tín hiệu của các tín hiệu tơng tự đợc tích luỹthì khả năng để tái tạo lại một chuỗi xung số một cách chính xácrất dễ dàng Luồng bit số có thể đợc xen kẽ trong một kênh, quátrình xen kẽ này cho phép phát xạ, truyền dẫn, lu trữ , hoặc xử lýtín hiệu phụ cùng với tín hiệu video và audio Hơn nữa, các kỹthuật nén số dựa trên sự cắt giảm độ d thừa có thể đợc ứng dụng

để số hoá các dịch vụ video và audio cho phép truyền một dịch

vụ HDTV hoặc nhiều dịch vụ truyền hình bình thờng trên mộtkênh có độ rộng bằng kênh phát hình tơng tự quảng bá hiện tại

Sử dụng phơng pháp số để tạo,lu trữ và truyền tín hiệu củachơng trình truyền hình trên kênh thông tin mở ra một khả năng

đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình Trong một số ứngdụng tín hiệu số đợc thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tơng tự vì

nó có khả năng thực hiện đợc các chức năng mà tín hiệu tơng tựhầu nh không thể làm đợc hoặc rất khó thực hiện, nhất là trongviệc xử lý tín hiệu và lu trữ

So với tín hiệu tơng tự, tín hiệu số cho phép tạo, lu trữ, ghi

đọc nhiều lần mà không làm giảm chất lợng hình ảnh Tuy nhiên,không phải trong tất cả các trờng hợp tín hiệu số đều đạt đợchiệu quả cao hơn với tín hiệu tơng tự (ví dụ nh bộ lọc) Mặc dùvậy xu hớng chung cho sự phát triển công nghiệp truyền hìnhtrên thế giới, nhằm đạt đợc một sự thống nhất chung, là một hệthống truyền hình hoàn toàn kĩ thuật số có chất lợng cao và dễdàng phân phối trên kênh thông tin

Sự ra đời của các đầu ghi băng video số thế hệ hai và ba, các

bộ chuyển mạch, đồ hoạ chuyển động và các bộ tạo kỹ xảo đặcbiệt và sự thoả thuận sử dụng giao diện số nối tiếp năm 1990 đã

đẩy nhanh việc cài đặt các thiết bị sản xuất chơng trìnhtruyền hình số Việc sản xuất chơng trình truyền hình số sửdụng các đầu ghi hình số đã cho phép các nhà sản xuất chơngtrình có thể sao chép nhiều lần hơn so với đầu ghi hình tơng tự

mà vẫn đảm bảo chất lợng Các ứng dụng của kỹ thuật số chophép giảm thời gian cài đặt camera từ vài giờ xuống gần nh tứcthời Các hệ thống th viện số làm cho các phơng tiện đợc ghi, bảoquản t liệu một cách tiện lợi và tìm kiếm thông tin nhanh và dễdàng

Các lĩnh vực chính trong phát quảng bá còn lại đối với thế giới

t-ơng tự là truyền dẫn giữa các trung tâm sản xuất cht-ơng trình

và truyền dẫn đến đến ngời sử dụng Các ngăn cản cuối cùng nàycũng đã đợc vợt qua vào đầu những năm 1990 với những ứng

số để đáp ứng đợc các yêu cầu của hệ thống Các kết quả môphỏng có tính khả thi thực tế của các hệ thống khác nhau ở Bắc

Mỹ đã nhanh chóng đợc phát triển ở nhiều nơi nh ở Châu Âu vàcác nớc và vùng châu á Thái Bình Dơng

Kết quả quá trình số hoá hình ảnh truyền hình 525 dòng, 625dòng tạo ra dòng số liệu video 270Mbit/s, số hoá hình ảnh HDTVtạo ra luồng số liệu 1200Mbit/s Một kênh có độ rộng 6, 7, 8Mhzchỉ có thể thể mang đợc tốc độ số liệu tối đa cỡ khoảng20Mbit/s Do vậy yêu cầu phải nén số liệu với tỷ lệ 60:1 đối với cácdịch vụ truyền hình HDTV

Vào giữa năm 1991, các báo cáo về công việc đang đợc làm ở

Mỹ, các nớc Bắc Âu, Anh, Pháp,ý, Nhật và các nớc khác đã chỉ rarằng phơng thức giảm tốc độ bit với tỷ lệ 60:1 có thể đợc áp dụngcho cả hình ảnh HDTV và các hình ảnh truyền hình thông th-ờng Kết quả này cho thấy hình ảnh của truyền hình có độphân giải cao HDTV có thể đợc truyền trên các kênh tơng đối

6, 7 hoặc 8Mhz.

Trong khoảng thời gian từ 1991 tới 1995 sự phát triển của cácchuẩn giao tiếp chung giữa các hệ thống vệ tinh số, cáp và phátquảng bá mặt đất đã mở ra một bớc ngoặt mới Nhóm làm việc11/3 của ITU đã đa ra các khuyến nghị đối với các thành phầnchung của hệ thống quảng bá truyền hình số mặt đất Nhữngchi tiết đối với phục vụ quảng bá bằng vệ tinh số, cáp đợc chấpthuận ở một số vùng lãnh thổ theo các khuyến nghị của ITU vàchuẩn theo vùng địa lý

Những ứng dụng của kỹ thuật số đối với truyền hình đã đemlại công nghệ truyền hình số với rất nhiều u điểm Công nghệtruyền hình số đã và đang bộc lộ thế mạnh tuyệt đối so với côngnghệ truyền hình tơng tự trên nhiều lĩnh vực:

thanh trung thực do tín hiệu số ít nhạy cảm với các dạng méo xảy

ra trên đờng truyền, có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai (nếu có)

thuật nén và độ tin cậy của hệ thống cao

dịch vụ trên một kênh dịch vụ truyền hình hiện tại, hiệu quả sửdụng dải thông cao, gia tăng hiệu quả sử dụng tần số

dụng để truyền một chơng trình truyền hình có độ phân giảicao duy nhất hoặc một vài chơng trình truyền hình có độphân giải tiêu chuẩn

năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ cho đông đảo khán giảhoặc từng cá nhân tạo ra một thị trờng đa dạng

đa phơng tiện rất khó khăn Để theo kịp xu hớng phát triển của

ngành công nghiệp truyền thông kĩ thuật truyền hình cũng cần

có sự cải tiến về công nghệ trong toàn bộ hệ thống từ ghi, dựng,truyền dẫn và phát sóng Các tổ chức quốc tế đã thống nhất cáctiêu chuẩn truyền hình số để tạo đà phát triển cho hệ thống mớinày Trớc những vấn đề trên, truyền hình số ngày càng thể hiện

rõ các u điểm của mình và chắc chắn sẽ dần thay thế hệ thốngtruyền hình tơng tự trong một tơng lai không xa để kết hợp vớicác mạng truyền thông khác tạo thành một thế giới thông tin số đaphơng tiện phục vụ cho con ngời một cách hữu hiệu Để dịch vụtruyền hình số phát triển nhanh chóng bắt buộc phải có sự hợpnhất giữa các chuẩn về mã hoá kênh, mã hoá nguồn, phơng thức

điều chế, nhận dạng trong, chống lỗi và sửa sai

Số hoá toàn bộ hệ thống truyền hình có nghĩa là chuyển tínhiệu tơng tự sang dạng số từ camera truyền hình, máy pháthình, kênh truyền đến máy thu hình Việc số hoá hệ thốngtruyền hình hiện nay (các hệ truyền hình PAL, NTSC, SECAM)chủ yếu là các khâu phân tích ảnh cho đến đầu vào máy pháthình (điều chế, sửa và xử lý tín hiệu) Số lợng các máy thu hìnhhiện nay là rất lớn, nên việc số hoá hệ thống truyền hình phải đ-

ợc thực hiện qua từng giai đoạn (ngoại trừ các hệ thống truyềnhình mới, ví dụ hệ thống truyền hình chất lợng cao HDTV)

Sử dụng các hệ thống số trong truyền hình đòi hỏi phải biến

đổi video tơng tự (từ camera truyền hình ở studio) thành tínhiệu video số Biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tơng tự ở

đầu vào máy phát hình Các thông số của hệ thống số phải đợcchọn sao cho chất lợng hình ảnh bằng hoặc tốt hơn so với hệthống số tơng tự Đó là giai đoạn sử dụng hỗn hợp truyền hình t-

ơng tự và truyền hình số

Các ứng dụng của kĩ thuật số vào ngành truyền hình có một sốnguyên tắc kỹ thuật và các tiến trình riêng biệt bao gồm :

thanh tơng thích với các nhu cầu của hệ thống phát hình số vàcung cấp các mức thích hợp của hiệu năng hệ thống

số liệu , các đặc điểm mã hoá kênh và điều chế đáp ứng yêucầu của hệ thống

 Tìm hiểu phổ và các khía cạnh đặt kế hoạch của cácdịch vụ truyền hình số bao gồm vùng phủ sóng cho bộ thu khácnhau và các điều kiện môi trờng khác nhau

cho phép khả năng hoạt động đồng thời với các dịch vụ truyềnhình tơng tự đang tồn tại

Tuỳ theo phơng pháp biến đổi tín hiệu mà đặc điểm của hệthống truyền hình số cũng thay đổi theo Cấu trúc,nguyên lý cấutạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số tổng quát nhsau:

Gia công

t ơng tự

ADC

Ghép kênh

Xử lý tín hiệu

ADC

Gia công

t ơng tự

Gia côngsố

Gia côngsố

PhátMôi tr ờng

Chọn

đồng bộ

Phát

đồng bộ

Gia côngsố

Gia công

t ơng tựADC

Gia côngsố

ADC

Gia công

t ơng tự

Xử lý tín hiệu

Tín hiệu hình

Tín hiệutiếngTín

hiệuphụTín hiệu đo

kiểm tra

Tín hiệu truyền hình số đợc đa tới thiết bị phát Sau đó quakênh thông tin rồi đợc đa tới thiết bị thu cấu tạo từ thiết bị biến

đổi tín hiệu ngợc lại với quá trình xử lý tại phía phát

Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệutruyền hình số thành tín hiệu truyền hình tơng tự Hệ thốngtruyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hoá và giải mãtín hiệu truyền hình

Mã hoá kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênhthông tin Thiết bị mã hoá kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu sốvói kênh thông tin Khi tín hiệu số đợc truyền đi theo kênh thôngtin, các thiết bị biến đổi trên đợc gọi là bộ điều chế và giải

điều chế Khái niệm mã hoá trong kênh đợc phổ biến khôngnhững trong đờng thông tin mà trong cả một số khâu của hệthống truyền hình số ví dụ nh máy ghi hình số, bộ điều chỉnhkhoảng cách thời gian số, gia công tín hiệu truyền hình số

Chơng 2

Xử lý tín hiệu video.

2.1 / Số hoá tín hiệu video.

Hình 2.1: Biến đổi A/D tín hiệu video màu tổng hợp.

các tín hiệu video thành phần số:

Đồng bộ

Lấy mẫu L ợng tử Mã hoá

Lọc thông thấp

Tín hiệu

t ơng tự

Tín hiệu số

Đồng bộ

Lấy mẫu L ợng tử Mã hoá

Lọc thông thấp

Tín hiệu

t ơng tự

Tín hiệu số

Đồng bộ

Lấy mẫu L ợng tử Mã hoá

Lọc thông thấp

Lấy mẫu L ợng tử Mã hoá

Lọc thông thấp

Lấy mẫu L ợng tử Mã hoá

Lọc thông thấp

Tín hiệu

t ơng tự

Tín hiệu số

Hình 2.2: Biến đổi A/D tín hiệu video màu thành phần.

Việc lựa chọn phơng pháp biến đổi tín hiệu video phụ thuộcvào nhiều yếu tố: yêu cầu về khả năng thuận lợi khi xử lý tín hiệu,yêu cầu về truyền dẫn phát sóng Số hoá tín hiệu video tổng hợp

có u điểm là tốc độ bít thấp, điều đó cũng có nghĩa là dung ợng cần để lu trữ nhỏ hơn, lợi hơn về dải tần Tuy nhiên tín hiệuvideo số tổng hợp bộc lộ nhiều nhợc điểm trong quá trình xử lý

l-số, tạo kĩ xảo, dựng hình và nó còn mang đầy đủ nhữngkhiếm khuyết của video tơng tự nhất là hiện tợng can nhiễu chói -màu

Số hoá tín hiệu video thành phần khắc phục đợc các nhợc điểmtrong số hoá tín hiệu video tổng hợp nhng nó lại tạo ra dòng số cótốc độ bit cao hơn Với sự phát triển của công nghệ điện tử nhngày nay, các chíp có tốc độ cao ra đời cho phép truyền toàn bộchuỗi số liệu video số thành phần nối tiếp nhau trên một dây dẫnduy nhất đã tạo thuận lợi cho quá trình xử lý số tín hiệu videothành phần

Mặc dù cả hai phơng pháp trên đều đợc nghiên cứu và áp dụngtrong kĩ thuật truyền hình số nhng do nhờ những tính chất uviệt nên phơng pháp biến đổi tín hiệu video thành phần đợckhuyến khích sử dụng Các kĩ thuật của phơng pháp này đang

đợc sử dụng rộng rãi và hình thành nên các tiêu chuẩn thống nhấtcho truyền hình số Video số thành phần đợc coi là phơng pháp

số hoá sử dụng trong hiện tại cũng nh trong tơng lai tại các studio

ơng thức lấy mẫu, tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tínhiệu màu, lợng tử hoá,mã hoá

2.1.1 / Lấy mẫu.

Tín hiệu video do có đặc trng riêng nên ngoài việc thoả mãn

định lý lấy mẫu Nyquist, quá trình lấy mẫu còn phải thoả mãncác yêu cầu về cấu trúc lấy mẫu, tính tơng thích giữa các hệthống Quá trình này phải xác định đợc tần số lấy mẫu, cấu trúclấy mẫu nhằm đạt đợc chỉ tiêu về chất lợng hình ảnh,tính tơngthích giữa các hệ truyền hình, tốc độ bít thích hợp và mạchthực hiện đơn giản Việc chọn tần số lấy mẫu tối u sẽ khác nhauvới các thành phần tín hiệu khác nhau đồng thời nó cũng phụthuộc vào hệ thống truyền hình màu Cấu trúc lấy mẫu chính là

sự phân bổ toạ độ các điểm lấy mẫu Vị trí các điểm lấy mẫu

đợc xác định dựa trên các dòng,mành và thời điểm lấy Cấu trúclấy mẫu phù hợp với tần số lấy mẫu sẽ cho phép khôi phục hình

ảnh tốt nhất Có ba dạng liên kết vị trí các điểm lấy mẫu đợc sửdụng phổ biến cho cấu trúc lấy mẫu tín hiệu video:

Cấu trúc trực giao

H×nh 2.4: CÊu tróc “ quincunx “ mµnh.

CÊu tróc “ quincunx “ dßng

C¸c mÉu trªn dßng kÒ nhau cña mét mµnh sÏ lÖch nhau nöa chuk× lÊy mÉu C¸c mÉu trªn 1 dßng cña mµnh 1 lÖch so víi c¸c mÉu

Sự lựa chọn tần số lấy mẫu tín hiệu video cho các hệ truyềnhình không chỉ thoả mãn tiêu chuẩn Nyquist và cấu trúc lấy mẫu

mà còn phải đạt điều kiện là tần số lấy mẫu chung cho cả haitiêu chuẩn truyền hình 525 và 625 dòng để có thể tiến tới một

tiêu chuẩn video số chung cho toàn thế giới Nhiều cuộc tranh luận

về xác định tần số lấy mẫu đã xảy ra tại các hội nghị quốc tế vềphát thanh truyền hình Tần số lấy mẫu càng cao chất lợng videocàng cao,tuy nhiên tần số lấy mẫu lớn đòi hỏi thiết bị, đờngtruyền phải có dải thông rộng và các bộ nhớ có dung lợng lớn do đóchi phí cho toàn bộ hệ thống tăng lên nhiều lần Tần số lấy mẫuthích hợp đợc xác định trong khoảng 12  14 MHz Từ năm 1982các tổ chức phát thanh truyền hình (SMPTE, EBU, CCIR) đã thống

525 và 625 dòng 13,5 MHz là tần số duy nhất trong khoảng 12MHz  14 MHz có giá trị bằng một số nguyên lần tần số dòng chocả hai tiêu chuẩn:

13,5 MHz = 864 fH với chuẩn 625 dòng (fH = 15625 Hz).13,5 MHz = 858 fH với chuẩn 525 dòng (fH = 15750 Hz) Thời gian một dòng của hệ 625 dòng là 64 s, hệ 525 dòng là63,56 s Thời gian tích cực của một dòng trong hệ 625 dòng là

52 s Nếu cả hai hệ đều lấy thời gian tích cực bằng 52s thìthời gian xoá dòng tơng ứng với từng hệ là 12 và 11,56 s và cácthông số cơ bản đối với mỗi hệ là :

Hình 2.8 : Tiêu chuẩn 4:4:4.

Tiêu chuẩn 4::2:2

Việc lấy mẫu trên 1 dòng tích cực đợc thực hiện nh sau:

màu suy ra từ màu của điểm ảnh trớc

hai lần lấy mẫu CB tạo nên cơ cấu 4:2:2

H×nh 2.10 : Tiªu chuÈn 4:2:0.

Tiªu chuÈn 4:1:1

®iÓm ¶nh tiÕp theo chØ lÊy mÉu tÝn hiÖu Y Khi gi¶i m·, mµu cña

ba ®iÓm ¶nh sau ph¶i suy tõ ®iÓm ¶nh ®Çu

Hình 2.11 : Tiêu chuẩn 4:1:1.

Trong các tiêu chuẩn trên tiêu chuẩn 4:4:4 có khả năng khôi phụclại chất lợng hình ảnh tốt nhất đợc dùng cho hậu kỳ (xử lý phứctạp), thiết bị studio có chất lợng cao, chơng trình gốc

Tiêu chuẩn 4:2:2 đã đợc sử dụng trong nhiều năm qua nh là yêucầu tối thiểu cho khả năng khoá màu tốt trong môi trờng sản xuấtchơng trình truyền hình

Tiêu chuẩn 4:1:1 thích hợp cho trờng hợp độ rộng băng tần tínhiệu hiệu màu số nhỏ hơn 1,5 MHz (thiết bị chất lợng thấp) Nhờ

xử lý hình ảnh mà có thể sử dụng lấy mẫu 4:1:1 với khoá màuchất lợng chấp nhận đợc sử dụng cho làm tin và hậu kì không đòihỏi chất lợng cao

Tiêu chuẩn 4:2:0 đợc dùng trong các ứng dụng đặc biệt nh:

định dạng phân phối tín hiệu số có nén tốc độ bit MPEG

2.1.2 / Lợng tử hoá.

Trong hầu hết các thiết bị video số chất lợng studio quá trình ợng tử hoá là lợng tử hoá đồng đều Méo lợng tử xuất hiện trongtín hiệu video ở 2 dạng chính: hiệu ứng đờng viền và nhiễu hạt

ngẫu nhiên Hiệu ứng đờng viền đợc khắc phục bằng cách tăng

số mức lợng tử khi sử dụng từ mã 8 bit để biểu diễn mẫu thì hiệuứng đờng viền sẽ gần nh không còn nhận biết đợc nữa Nhiễu hạtngẫu nhiên đợc sử dụng để hiệu chỉnh chất lợng ảnh bằng cáchcộng tín hiệu “dither” vào tín hiệu video

Dạng thức video số đợc quy định bởi các thông số:

Thông số chi tiết của các dạng thức video số đợc thể hiện quacác bảng dới đây