Nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao HDTV

Trên cơ sở nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao, kết hợp với những nhu cầu thực tế về một hệ thống truyền hình độ phân giải cao tại việt nam cũng như trên thế giới, được sự gúp đỡ của thầy. TH S: Nguyễn Viết Tuyến, Khoa Điện Tử, Trường ĐHCN Hà Nội. Em đã nghiên cứu đề tài này.Đề tài “ Nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao HDTV ” được thực hiện bởi sinh viên: Võ Mạnh Cường, lớp ĐT4K3, Khoa: Điện Tử.Đề tài được trình bày thành 6 phần như sau :Chương I : Giới thiệu chung về truyền hình số.Chương II : Truyền hình độ phân giải cao HDTV.Chương III: Truyền dẫn tín hiệu HDTV.Chương IV: Các hệ thống HDTV.Chương V : Các yếu tố quyết định tới hình ảnh.Chương VI: Tình hình HDTV tại Việt Nam.

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trên cơ sở nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao, kết hợp với những nhucầu thực tế về một hệ thống truyền hình độ phân giải cao tại việt nam cũng như trênthế giới, được sự gúp đỡ của thầy TH S: Nguyễn Viết Tuyến, Khoa Điện Tử,Trường ĐHCN Hà Nội Em đã nghiên cứu đề tài này

Đề tài “ Nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao HDTV ” được thực hiệnbởi sinh viên: Võ Mạnh Cường, lớp ĐT4-K3, Khoa: Điện Tử

Đề tài được trình bày thành 6 phần như sau :

Chương I : Giới thiệu chung về truyền hình số

Chương II : Truyền hình độ phân giải cao HDTV

Chương III: Truyền dẫn tín hiệu HDTV

Chương IV: Các hệ thống HDTV

Chương V : Các yếu tố quyết định tới hình ảnh

Chương VI: Tình hình HDTV tại Việt Nam

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT……….…… 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 7

LỜI NÓI ĐẦU……… ……….9

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ……….….11

1.1 Đặc điểm của truyền hình số ……… … 11

1.2 Hệ thống truyền hình số……… 14

1.3 Các phương thức truyền dẫn truyền hình số……….………… 16

1.4 Cơ sở truyền hình số………17

1.5 Chuyển đổi tương tự sang số……… …18

1.6 Biến đổi số sang tương tự………20

1.7 Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số……… 21

CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV (HIGH-DEFINITION TELEVISION)……… ………22

2.1 Giới thiệu về HDTV……….22

2.2 Tỷ lệ ảnh……….…… 23

2.3 Các độ phân giải hình ảnh và ý nghĩa của nó……… 24

2.4 Các định dạng ảnh của HDTV……….…26

2.5 Biến đổi định dạng video……….…30

CHƯƠNG 3: TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU HDTV……….35

3.1 Tiêu chuẩn nén MPEG………35

3.2 Hệ thống nén video MPEG-2……… 36

3.3 Tiêu chuẩn nén audio MPEG-2……… 41

3.4 Hệ thống ghép kênh và truyền tải MPEG-2………42

3.5 Cấu trúc MPEG-2 phân lớp……….………43

3.6 Truyền và phát song các tín hiệu HDTV……….50

CHƯƠNG 4: CÁC HỆ THÔNG HDTV……… 54

4.1 Hệ thống HDTV 1250/50/2: 1 (Châu Âu)………54

4.2 Máy thu tín hiệu HDTV……… 58

4.3 Generator đồng bộ………65

4.4 HDTV có băng tần rộng (W-HDTV)……… 69

CHƯƠNG 5: CÁC YẾU TỐ QUYẾT ĐỊNH TỚI HÌNH ẢNH………72

5.1 Các phương thức hiển thị hình ảnh……… …72

5.2 Các yếu tố quyết định chất lượng phim……… 76

CHƯƠNG VI: TÌNH HÌNH HDTV TẠI VIỆT NAM……… 80

6.1 Tại Thành Phố HCM……… 80

6.2 Tại Hà Nội và trên cả nước……….….81

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI……… 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 86

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tiếng Anh đầy đủ Tiếng Việt

ADC Analog Digital Converter

Bộ chuyển đổi tín hiệu

từ tương tự sang số

ATSC Advanced Television System

Commitee

Hội đồng về hệ thống truyền hình cải biên

EDTV Enhanced Definition Television

Truyền hình độ phân giải mở rộng

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi tiến (thuận).

HDTV High Definitiom Television Truyền hình độ phân

giải cao

ISDB Integrated Services Digital Truyền hình số các dịch

M-PSK M-ary Phase Shift Keying.

Khóa dịch pha M trạng thái

M-QAM M-ary Quadrature Amplitude

OFDM Othogonality Fequency Dvision

PID Backet Identification Gói xác định

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông

góc

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông

SDTV Standard Definition Television Truyền hình độ phân

giải tiêu chuẩn

SFN Single Frequence Network Mạng đơn tần.

SMPTE Society of Motion Picture and

Television Engineers

Hiệp hội ảnh động và kỹ

sư truyền hình

VOD Video On Demand Truyền hình theo yêu

cầu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1-1: So sánh tính can nhiễu của truyền hình số và truyền hình tương tự… 11

Hình 1-2: Sơ đồ cấu trúc tổng quan truyền hình số……….….……… 12

Hình 1-3: Khối truyền dẫn tín hiệu truyền hình số………… ……… …… 15

Hình 1-4: Sơ đồ khối mạch biến đổi video tương tự sang số……….……… 16

Hình 1-5: Sơ đồ của mạch lấy mẫu và nhớ mẫu……… … … ………… 18

Hình 1-6: Sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự……… ……… 18

Hình 2-2: Giới thiệu định dạng video……… … ……….22

Hình 2-3: HDTV quét 30 và 60 khung hình/giây……… ……… 25

Hình 2-4: Tổng hợp số quét HDTV cho hệ thống 720p, 1080i và 1080p…….… 26

Hình 2-5: Phương pháp 1 cắt theo chiều đứng: ảnh gốc 4:3 cấy vào định dạng 16:9……… …………29

Hình 2-6: Phương pháp 2 bảng biên: ảnh 4:3 cấy vào định dạng 16:9…….…… 30

Hình 2-7: Giải pháp 1 của sổ trung tâm: cắt ảnh 16:9 ở bên thành ảnh 4:3……… 31

Hình 2-8: Giải pháp 2 letterbox: ảnh gốc 16:9 cấy vào định dạng 4:……… 32

Hình 3-1: Sơ đồ quá trình mã hóa MPEG-2……… …… 35

Hình 3-2 :Giải mã MPEG-2……… 36

Hình 3-3 : Cấu trúc dòng bit video MPEG-2……… ………….38

Hình 3-4 : Hai hướng bít trong cú pháp dòng bit MPEG-2………… ………… 39

Hình 3-5: Hệ thống ghép kênh, phân kênh MPEG-2……….40

Hình 3-6: Cấu trúc MPEG-2 phân lớp……….………42

Hình 3-7: Dòng chương trình và ghép kênh dòng chương trình………43

Hình 3-8: Dòng các chương trình PS……… ………….44

Hình 3-9: Dòng truyền tải……….45

Hình 3-10:Cấu trúc dòng truyền tải TS……….….…… 46

Hình 3-11: Ghép kênh dòng bit truyền tải cấp hệ thống……… ……….47

LỜI NÓI ĐẦU

Khi đời sống vật chất của người dân ngày càng được nâng cao, yêu cầu vềchất lượng các chương trình truyền hình, giải trí ngày càng lớn Lĩnh vực phát thanhtruyền hình trong mấy năm trở lại đây đang có những bước tiến nhảy vọt Truyềnhình analog, truyền hình cáp, truyền hình kỹ thuật số mặt đất, truyền hình vệ tinhDTH phát triển mạnh về số lượng và chất lượng, lan tỏa khắp các tỉnh, thành phố

và cạnh tranh lẫn nhau Thậm chí, một địa bàn mà có tới 2,3 đơn vị cung cấp dịch

vụ gây nên sự lựa chọn khó khăn cho người tiêu dùng

Tuy vậy, có một thực tế là, các nhà sản xuất truyền hình ở Việt Nam vẫnđang phát sóng chương trình trên hệ analog và digital cho nên người dân vẫn đangphải tiếp nhận những chương trình truyền hình chưa được như mong muốn, kể cả

Sự kiện vệ tinh VINASAT-1, vệ tinh viễn thông đầu tiên của Việt Nam bayvào quỹ đạo đã mở ra một kỉ nguyên mới cho lĩnh vực Thông tin - truyền thông nóichung, lĩnh vực truyền hình nói riêng Từ đây, chúng ta có thêm một phương tiệntruyền dẫn mới với băng thông rộng, trải khắp toàn quốc Hình ảnh được truyền qua

vệ tinh cũng sẽ được đảm bảo chất lượng âm thanh, hình ảnh cao nhất, phù hợp chophát triển công nghệ truyền hình độ nét cao HDTV

Nếu so sánh với truyền hình chuẩn SDTV hiện nay, HDTV có nhiều ưu thếhơn hẳn Truyền hình SDTV ở Việt Nam hiện nay có độ phân giải cao nhất là 720điểm chiều ngang và 576 điểm chiểu dọc (720 x 576 ) trong khi đó, truyền hìnhHDTV có số lượng điểm ảnh lên đến 1920 x1080 Giống như máy ảnh kỹ thuật số

có độ phân giải cao hơn hẳn, số lượng các chi tiết ảnh của HDTV cao gấp 5 lần sovới SDTV, cho hình ảnh sắc nét, chân thực, sống động Hệ thống âm thanh 5.1 vốnđược dùng nhiều trong các dàn nhạc tại nhà hay rạp chiếu phim, giờ xuất hiện ngay

cả trên sóng truyền hình Thêm vào đó, nếu tỉ lệ tiêu chuẩn khung hình cũ là 4:3 làmngười xem mau mỏi mắt thì với HDTV, tỉ lệ khuôn hình 16:9 hiển thị đúng kíchthước thật của hình ảnh Sử dụng HDTV trên màn hình rộng, người xem sẽ khôngcòn nhìn thấy những hình ảnh mất cân đối Màn hình không còn hiện tượng bóng

ma, mờ nhiễu như khi xem các chương trình truyền thống hiện đang có mặt tại ViệtNam

Với những đặc tính ưu việt như trên, có thể khẳng định xu thế HDTV là tấtyếu trong thời gian ngắn tới đây và phù hợp với xu thế phát triển của xã hội Xuấtphát từ thực tế đó, em đã tiến hành xây dựng đồ án tốt nghiệp với đề tài về HDTV

Em xin chân thành cảm ơn thầy TH.S: Nguyễn Viết Tuyến đã tận tình hướng dẫn,tạo điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đồ án của mình

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ

TRUYỀN HÌNH SỐ

Truyền hình kỹ thuật số DTV (digital television) là một hình thức công nghệphát sóng mới tiên tiến giúp truyền hình ảnh dưới dạng dữ liệu qua sóng không khígiống như máy tính Nó cho phép các đài truyền hình cung cấp hình ảnh rõ rànghơn hẳn, chất lượng âm thanh tốt hơn và nhiều lựa chọn chương trình hơn Truyềnhình kỹ thuật số cũng giúp truyền hình chất lượng cao (HD) trở nên tốt hơn chokhán giả sử dụng vô tuyến chất lượng cao và cung cấp tính năng tương tác và dịch

vụ dữ liệu như phụ đề khép kín nâng cao Đây là hình thức phát sóng hiệu quả hơn

và nó sẽ giải phóng sóng tín hiệu cho nhiều dịch vụ mới đa dạng Truyền hình sốcũng cung cấp hình ảnh và âm thanh trong trẻo, nhiều kênh hơn và thậm chí cảtruyền hình chất lượng cao (HDTV) cho khách hàng dùng vô tuyến chất lượng cao.Trong một số ứng dụng, tín hiệu số được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự vì

có khả năng thể hiện được các chức năng mà tín hiệu tương tự hầu như không thểlàm được hoặc rất khó thực hiện, nhất là trong việc xử lý tín hiệu và lưu trữ

1.1 Đặc điểm của truyền hình số

a Yêu cầu về băng tần:

Yêu cầu về băng tần là một sự khác biệt lớn nhất giữa truyên hình tương tự

và truyền hình số Truyền hình số yêu cầu băng tần rộng hơn

b Tỷ lệ về công suất/công suất tạp âm

Một trong những ưu điểm lớn nhất của truyền hình số là khả năng chốngnhiễu trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi

Với truyền hình số nhiễu là do các bit lỗi.( ví dụ: xung “on” chuyển thànhxung “of”)

Nhiễu trong truyền hình số được khắc phục nhờ các mạch và các mã sửalỗi Bằng cách sử dụng mạch này để khôi phục lại các bít ban đầu Khi cóquá nhiều bít lỗi, sự ảnh hưởng của nhiễu được giảm bằng cách che lỗi

c Méo phi tuyến

Truyền hình số không bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi

và truyền

d Chồng phổ

Truyền hình số được lấy mẫu theo cả chiều đứng và chiều ngang nên có khảnăng chồng phổ theo cả 2 hướng Theo chiều đứng chồng phổ trong hệthống tương tự và số là như nhau Độ lớn của méo chồng phổ theo chiềungang phụ thuộc vào độ méo do chồng phổ theo chiều ngang,và có thể khắcphục bằng cách sử dụng tần số lấy mẫu lớn hơn 2 lần thành phần tần số caonhất trong hệ thống tương tự

e Giá thành và độ phức tạp

Mạch số có cấu trúc phức tạp hơn mạch tương tự nên giá thành của thiết bị

số cao hơn nhiều so với thiết bị tương tự

f Xử lý tín hiệu

Truyền hình số có khả năng xử lý và chuyển đổi tốt các chức năng mà hệthống tương tự không thể làm được hoặc gặp nhiều khó khăn Sau biến đổiA/D truyền hình còn lại một loạt các bit “0” và “1” do đó có thể thực hiệncác công việc phức tạp mà không làm giảm chất lượng hình ảnh Khả năngnày được tăng lên nhờ việc lưu trữ các bit trong bộ nhớ và có thể đọc ra vớitốc độ cực nhanh

g Hiệu ứng bóng ma

Do truyền hình số không bị can nhiễu với các dạng méo xảy ra trên đườngtruyền nên bảo toàn được chất lượng hình ảnh Bên phía thu không còn hiệntượng “bóng ma’’ do các tia sóng phản xạ Đây là vấn đề mà hệ analogkhông khắc phục được

a tín hiệu tương tự b tín hiệu số.

Hình 1-1: So sánh tính can nhiễu của truyền hình số và truyền hình tương tự.

Ưu điểm của truyền hình số là:

- Phát sóng được nhiều chương trình trên một kênh truyền hình: Tiết kiệmtài nguyên tần số.

- Tiết kiệm phổ tần số

Ví dụ: 1 transponder 36MHz chỉ truyền được 2 chương trình truyền hìnhtương tự nhưng có thể truyền được 10  12 chương trình truyền hình số (gấp 5  6lần)

Hoặc: Một kênh 8 MHz (trên mặt đất) chỉ truyền được 1 chương trình truyềnhình tương tự nhưng lại có thể truyền được 4  5 chương trình truyền hình số đốivới hệ thống ATSC, 4  8 chương trình đối với hệ DVB –T (tùy thuộc M-QAM,khoảng bảo vệ và FEC)

- Tiết kiệm năng lượng, chi phí khai thác thấp: Công suất phát không cần quálớn vì cường độ điện trường cho thu số thấp hơn cho thu analog ( độ nhạy máy thu

số thấp hơn -30 đến -20 DB so với máy thu analog)

Sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trìnhtrên kênh thông tin, mở ra một khả năng đặ biệt rộng rãi cho các thiết bị Do cónhững ưu việt hơn so với tín hiệu tương tự như: tạo, xử lý tín hiệu, lưu trữ, ghi đọcnhiều lần mà không làm giảm chất lượng ảnh, tín hiệu số đang dần hoặc hoàn toànthay thế tín hiệu tương tự

Đồ án tốt nghiệp Nghiên cứu truyền hình HDTV

Mã hóa nguồn

Tín hiệu truyền

Mã hóa kênh

Thiết bị thu

Kênh thông tin

Hình 1- 2 : Sơ đồ cấu trúc tổng quan truyền hình số.

Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự.Trong thiết bị mã hóa (biến đổi A/D), tín hiệu truyền hình tương tự sẽ được biếnđổi thành tín hiệu truyền hình số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu này được hệthống truyền hình lựa chọn

- Nguồn tín hiệu: cung cấp tín hiệu cho máy phát, đó có thể là tín hiệu ra từ máy

quay phim, micro, chuơng trình máy tính …

- Bộ mã hóa nguồn: Bộ này có khi còn có nhiệm vụ loại bỏ những thành phần

không cần thiết của thông tin

- Bộ mã hóa kênh: thêm các thông tin để đảm bảo cho quá trình truyền dẫn đạt

chất lượng tốt, như loại nhiễu, tách/ghép tín hiệu Mã được sử dụng thường là Solomon (mã hóa theo khối) hoặc Viterbi (mã hóa chập)

Reed Bộ điều chế: ghép tín hiệu ra khỏi bộ mã hóa kênh vào sóng mang có tần số

thích hợp để phát quảng bá với phương tiện truyền dẫn là vệ tinh, cáp hay mặt đất Trong bộ điều chế thường có bộ khuếch đại công suất để nâng mức tín hiệu lên và phù hợp với trở kháng của ống dẫn sóng tới anten Quá trình này bao gồm: mã hóa truyền dẫn, mã hóa kênh và các kĩ thuật hạ xác suất lỗi, chống lại các suy giảm do fading, tạp nhiễu Gồm 2 loại điều chế :

+ Chế độ phát quảng bá mặt đất (8-VSB)

+ Chế độ truyền dữ liệu qua cáp tốc độ cao (16-VSB)

Giải mã nguồn

Biến đổi

kênh

Giải điều chế

- Kênh truyền dẫn: là môi trường truyền thông tin tới máy thu, đó có thể là dây cáp, sợi quang hay sóng điện từ lan truyền trong không gian như dịch vụ MMDS (dịch vụ số đa điểm, đa kênh) Trong quá trình truyền dẫn nếu có nhiễu không mongmuốn và không dự báo được trước thì thông tin phía đầu thu có thể bị tổn thất Để tránh được điều này người ta phải mô hình hóa được về mặt toán học cho kênh truyền dẫn và cho loại nhiễu đan xen vào.

Tại thiết bị thu, tín hiệu được xử lý ngược lại với quá trình tại phía phát

Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương

tự Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa và giải mã tín hiệutruyền hình

1.3 Các phương thức truyền dẫn truyền hình số.

- Truyền hình số qua vệ tinh :

Kênh vệ tinh (khác với kênh cáp và kênh phát sóng trên mặt đất) đặc trưngbởi băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát Khuyếch đại công suất củaTransponder (bộ phát) làm việc gần như bão hòa trong các điều kiện phi tuyến

- Truyền hình số truyền qua cáp:

Điều kiện truyền các tín hiệu số trong mạng cáp tương đối dễ hơn, vì cáckênh là tuyến tính với tỷ số công suất sóng mang tương đối lớn Tuy nhiên độ rộngbăng tần kênh bị hạn chế (8 MHz) Nó đòi hỏi phải dùng các phương pháp điều chế

số có hiệu quả cao hơn so với truyền hình theo qua vệ tinh

- Truyền hình số truyền qua sóng mặt đất :

Mật độ phủ sóng hẹp hơn so với truyền qua vệ tinh song dễ thực hiện hơn

so với mạng cáp Truyền hình số truyền qua sóng mặt đất cũng bị hạn chế bởi băng

Tách kênh chương trìnhGiải MPEG-2

D/A

Video Audio Video Audio

MPEG-2

Phía thu Phía phát

thông nên sử dụng phương pháp điều chế OFDM nhằm tăng dung lượng dẫn qua 1kênh truyền và khắc phục các hiện tượng nhiễu ở truyền hình mặt đất tương tự

Truyền hình số trong cả ba môi trường có sự bổ sung , hỗ trợ cho nhau Nếutruyền hình qua vệ tinh có thể phủ sóng một khu vực rất lớn với số lượng lên đếnhàng trăm chương trình thì tín hiệu số trên mặt đất dùng để chuyển các chương trìnhkhu vực, nhằm vào một số lượng không lớn người thu

Đồng thời, ngoài việc thu bằng Anten nhỏ của máy tính xách tay Thu trên diđộng (trên ô tô, máy bay…) Truyền hình số truyền qua mạng cáp phục vụ thuận lợicho đối tượng là cư dân ở các khu đông đúc, không có điều kiện lắp Anten thu vệtinh hay Anten mặt đất

1.4 Cơ sở truyền hình số.

- Mỗi một chương trình truyền hình cần một bộ mã hóa MPEG-2 riêng trước khibiến đổi tương tự sang số

- Khi đã được nén để giảm tải dữ liệu, các chương trình này sẽ ghép lại với nhau

để tạo thành dòng bít liên tiếp

Hình 1-3 Khối truyền dẫn tín hiệu truyền hình số.

Lúc này chương trình đã sẵn sàng truyền đi xa, cần được điều chế để phát đi.Theo các phương thức :

Ưu điểm của video số :

- Tín hiệu video số không bị méo tuyến tính hoặc méo phi tuyến và không bịnhiễu gây ra cho quá trình biến đổi tương tự sang số (ADC) và số sang tương

1.5 Chuyển đổi tương tự sang số.

Quá trình chuyển đổi nhìn chung được thực hiện qua 4 bước cơ bản đó là :lấy mẫu, nhớ mẫu, lượng tử hóa và mã hóa Các bước đó luôn kết hợp với nhauthành một quá trình thống nhất

Hình 1-4: sơ đồ khối mạch biến đổi video tương tự sang số.

- Mạch lọc thông thấp : dùng để hạn chế băng tần tín hiệu vào, ngăn ngừa hiệntượng méo chéo (các tín hiệu khác nhau chồng lên nhau)

- Mạch tạo xung đồng bộ : dùng để lấy mẫu và đồng bộ tất cả các khâu trongmạch ADC

- Mạch lấy mẫu : lấy mẫu tín hiệu tương tự tại những điểm khác nhau, cáchđều nhau và giữ cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không đổi trong quátrình chuyển đổi tiếp theo

- Mạch lượng tử hóa : làm nhiệm vụ rời rạc hóa tín hiệu về mặt biên độ

- Mạch mã hóa : kết quả lượng tử hóa được sắp xếp lại theo một quy luật nhấtđịnh phụ thuộc vào loại mã yêu cầu trên đầu ra bộ chuyển đổi

- Định lý lấy mẫu :

Đối với tín hiệu tương tự VI thì tín hiệu lấy mẫu VS sau quá trình lấy mẫu cóthể khôi phục trở lại VI một cách trung thực nếu điều kiện sau đây thỏa mãn :

Trong đó : f S : tần số lấy mẫu.

f Imax : giới hạn trên của giải tần số tương tự.

Vì mỗi lần chuyển đổi điện áp lấy mẫu thành tín hiệu số tương ứng đều cần

có một thời gian nhất định nên phải nhớ mẫu trong một khoảng thời gian cần thiết

fS ≥ 2fImax

Lọc thông thấp

Lấy mẫu Lượng

tử

mã hóa

Đồng bộ

Tín hiệu số Tín hiệu

tương tự

sau mỗi lần lấy mẫu Điện áp tương tự đầu vào được thực hiện chuyển đổi A/D trênthực tế là giá trị VI đại diện, giá trị này là kết quả của mỗi lần lấy mẫu.

- Mạch lấy mẫu và nhớ mẫu :

Khi nối trực tiếp điện thế tương tự với đầu vào của ADC, tiến trình biến đổi

có thể bị tác động ngược nếu điện thế tương tự thay đổi trong quá trình biến đổi Ta

có thể cải thiện tính ổn định của tiến trình chuyển đổi bằng cách sử dụng mạch lấymẫu và nhớ mẫu để ghi nhớ điện thế tương tự không đổi trong khi chu kỳ chuyểnđổi diễn ra

Hình 1.5: sơ đồ của mạch lấy mẫu và nhớ mẫu

Khi đầu vào điều khiển = 1 lúc này chuyển mạch đóng mạch ở chế độ lấy mẫu.Khi đầu vào điều khiển = 0 lúc này chuyển mạch hở mạch chế độ giữ mẫu

1.6 Biến đổi số sang tương tự.

Hình 1-6: sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự.

Mach logic D/A Lấy

mẫu

Loc thông thấp

Chuyển đổi

Xung lấy mẫu

tương tự

Quá trình tìm lại tín hiệu tương tự từ N số hạng(N bit) đã biết của tín hiệu sốvới độ chính xác là một mức lượng tử (1LSB) Để lấy được tín hiệu tương tự từ tínhiệu số dùng nguyên tắc như hình 1-6 trên, chuyển đổi số sang tương tự không phải

là phép nghịch đảo của chuyển đổi tương tự sang số, vì không thể thực hiện đượcphép nghịch đảo của quá trình lượng tử hóa

Theo sơ đồ này thì quá trình chuyển đổi số sang tương tự là quá trình tìm lạitín hiệu tương tự đã được lấy mẫu

- Về phần Audio sau khi chuyển đổi sang số có các ưu điểm sau :

+ Độ méo tín hiệu nhỏ

+ Dải rộng âm thanh lớn gần mức tự nhiên

+ Dải tần số bằng phẳng

+ Cho phép ghi âm nhiều lần mà ko giảm chất lượng

+ Thuận tiện lưu trữ, xử lý

1.7 Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số.

Trong kỹ thuật truyền hình tương tự, để truyền dẫn tín hiệu, người ta thườngdùng phương pháp điều biên (AM) hoặc điều tần (FM) Tại đầu thu tín hiệu sẽ giảiđiều chế về hình ảnh và âm thanh ban đầu

Một ưu điểu của truyền hình số so với truyền hình tương tự là trên một kênhthông tin có thể truyền được nhiều chương trình Để truyền dẫn tín hiệu truyền hình

số ta phải dùng các phương pháp mã hóa và điều chế tín hiệu số để đảm bảo tín hiệuđược truyền dẫn đầu thu một cách trung thực

CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV (HIGH-DEFINITION TELEVISION)

2.6 Giới thiệu về HDTV.

- HDTV được hiểu là "truyền hình với độ nét cao" , là một thuật ngữ chỉ cácchương trình TV kỹ thuật số, các tập tin đa phương tiện ( movies, audio, game )được trình chiếu với độ phân giải cao cao nhất hiện nay Độ phân giải cao giúp hìnhảnh trung thực, chi tiết hơn rất nhiều

- Tất cả các chương trình truyền hình và phim đều được hiển thị ở chế độmàn hình 16:9

- Màu sắc thực hơn nhờ đường truyền băng rộng

- Sự rõ nét và chi tiết hơn của hình ảnh được nâng cao giúp cho các mànhình cỡ lớn dễ nhìn và sắc nét hơn

- Hệ thống âm thanh Dolby Digital 5.1 được phát sóng đồng thời với HDTV

hỗ trợ chức năng âm thanh vòm

* Khác biệt giữa HDTV và tivi thường:

Khác biệt lớn đầu tiên giữa HDTV và một chiếc TV thường chính là độ phângiải Trong khi một chiếc TV truyền thống chỉ có thể hiển thị tối đa khoảng 500dòng và 500 cột điểm ảnh, tương ứng với độ phân giải chỉ khoảng 500 x 500 pixel(250.000 điểm ảnh), thì một màn hình HDTV có thể chia ra 1.960 cột và 1.080 dòngquét, tương ứng với độ phân giải 1.920 x 1.080 pixel (hơn 2 triệu điểm ảnh) Như

vậy, lượng điểm ảnh hiển thị được trên màn hình HDTV nhiều hơn gấp 10 lần sovới TV thường Điều đó đồng nghĩa HDTV có thể hiển thị nhiều chi tiết hơn.

Khác biệt lớn thứ hai giữa HDTV và TV thường nằm ở số cổng vào tín hiệu ởmặt sau TV Do phải hiển thị nhiều điểm ảnh hơn, nên một chiếc HDTV cần tới 3dây cáp hình: một dây để truyền tải các hình ảnh màu đỏ (R), một dây cho màuxanh lá (G) và một dây cho màu xanh lam (B)

Khác biệt lớn cuối cùng là một số loại HDTV cần có một đầu thu và giải mãtín hiệu độ phân giải cao (HDTV receiver) thì mới có thể bắt sóng truyền hình HDtrực tiếp từ đài phát

2.7 Tỷ lệ ảnh.

Hình 2-1: Tỷ lệ hình ảnh trong truyền hình theo quy ước rộng:cao.

Tỷ lệ màn ảnh là tỷ lệ ảnh rộng tới ảnh cao Màn ảnh chuẩn của phim vàtruyền hình theo tỷ lệ trong hình 2.1 ở trên Quy ước truyền hình độ phân giải chuẩnhay phân giải thường standard-definitinon television (SDTV) có tỷ lệ màn ảnh 4:3.Tivi màn hình rộng và truyền hình độ phân giải cao high-definition Televison)(HDTV) có tỷ lệ 16:9

- Phim có thể chuyển sang 4:3 khi cắt các cạnh của khung ( mất một chút nộidung của ảnh)

Hình 2-2 Giới thiệu định dạng video.

Ở hình 2.2 a Đạo diễn và người sản xuất thích phim của họ không bị thayđổi bởi sự cắt xén này, vì vậy nhà sản xuất phim trong VHS và DVD đưa định dạngletterbox, trong hình 2.2 b trong định dạng này toàn bộ phim được duy trì, phầnđỉnh và phần chân của khung 4:3 không sử dụng( bị màu xám hoặc đen)

Với kỳ vọng tivi màn hình rộng, nó trở nên phổ biến, không có gì lạ khichuẩn 4:3 hiển thị bên trong màn hình rộng với định dạng pillarbox, trên hình2.2c Chiều cao thì hiển thị đầy đủ còn bên trái và bên phải bị để trống

2.8 Các độ phân giải hình ảnh và ý nghĩa của nó:

2.8.1 Các độ phân giải hình ảnh:

a 720p:

Đây là độ phân giải thấp nhất trong số các độ phân giải được coi là HD,vớikích thước hình ảnh được quy đinh là 1280x720 Độ phân giải phù hợp với chuẩnmàn ảnh rộng (16:9) đang dần trở thành tiêu chuẩn, thay thế cho chuẩn hình ảnh tỉ

lệ 4:3

So với độ phân giải của chuẩn hình ảnh dưới HD (lớn nhất là 720x480)thì sựgia tăng đột biến của số lượng điểm ảnh có thể hiện thị trên màn hình mang lại hìnhảnh chi tiết hơn nhiều lần so với trước

c Định dạng

Pillarbox chuẩn 4:3

nằm trong chuản 16:9

b 1080i:

Ra đời cùng một lúc so với 720p, tuy mang độ phân giải hiển thị là 1960x1080nhưng do độ phân giải này phải hiển thị với phương thức đan xen (với ký hiệu “i”sau số dòng quét ngang) nên trong một số trường hợp hình ảnh mang lại hơi kémchi tiết hơn so với 720p Số đông các hãng sản xuất được coi là trend-setter củangành công nghiệp giải trí đánh giá độ phân giải 720p cao hơn độ phân giải này

c 1080p:

Với độ phân giải quy định lên tới 1960x1080, đây là độ phân giải lớn nhất trongthời điểm hiện tại thuộc chuẩn hình ảnh HD Tất nhiên với độ phân giải này, cùngviệc ứng dụng phương thức hiển thị Progressive Scan (với ký hiệu “p” sau số dòngquét ngang) thì mức độ trung thực của hình ảnh được mang lại là lớn nhất, tuynhiên việc ứng dụng tại thời điểm hiện tại không nhiều (nhưng đang dần trở nênphổ biến hơn – BTV), do một số trở ngại về nhiều khía cạnh khác được đề cập trongphần sau

2.8.2 Ý nghĩa các con số 720p, 1080i, 1080p.

Các con số giúp xếp loại các movies theo số dòng quét theo chiều cao (verticalscan) trong độ phân giải (ngang x cao) của khung hình movies Tất cả các HDmovies đều có tỷ lệ khung hình (aspect ratio) 16:9 nên:

-720p sẽ có độ phân giải là 1280x720

-1080i/p sẽ có độ phân giải là 1920x1080

Các chữ p,i liên quan đến phương pháp vẽ lại, trình diễn một khung hình (frame)

- "i" viết tắt từ Interlace (đan xen, xen kẽ) là kỹ thuật vẽ một frame trong hai lần(mỗi lần đều từ trên xuống và từ trái qua) Lần thứ nhất vẽ các dòng quét lẻ (1,3,5 )

và lần thứ hai vẽ các dòng quét chẵn (2,4,6 ) để hoàn thành 1 frame

- "p" viết tắt của Progressive (tuần tự, tịnh tiến) Với Progressive các dòng quét sẽthực hiện liên tục từ trên xuống và từ trái qua (1,2,3,4,5 ).

2.9 Các định dạng ảnh của HDTV.

Ngày nay những hệ thống HDTV nghiên cứu được định hướng bởi Dr.Fujio ởNHK (Nippon hoso Kyokai, the Japan Broadcasting Corporation) HDTV có hai lầnchiều dọc và hai lần chiều ngang của truyền hình truyền thống, tỷ lệ hình ảnh 4:3( sau đó biến đổi thành 16:9)

Trường quay của HDTV có chu kỳ lấy mẫu của 74.25 MHz, 5,5 lần củaRec.601 tiêu chuẩn cho SDTV Tốc độ điểm ảnh của HDTV khoảng 60 megapixelstrên giây Những tham số mã khác tương tự hay đồng nhất với SDTV tiêu chuẩn,duy chỉ có tham số mã hóa màu Y'CRCB cho HDTV khác với những tham sốSDTV

Khi HDTV được giới thiệu tới người tiêu dùng trong nghành công nghiệpđiện tử ở Bắc Mỹ, SDTV và HDTV được so sánh bằng giá trị đo khác nhau: nhưtheo chiều ngang nhau, chiều rộng bằng nhau, đường chéo bằng nhau, và diện tích.Tất cả các phép đo trên không thấy được cải tiến cơ bản trong HDTV: Đó là

độ nét cao, độ phân giải cao, không thêm 6 lần số điểm ảnh ở cùng một gócnhìn.Thay vào đó góc nhìn của một điểm ảnh được giữ nguyên và toàn bộ ảnh bâygiờ có thể chiếm vùng lớn hơn tầm nhìn của người xem HDTV cho phép góc hìnhảnh tăng đáng kể So sánh chính xác giữa HDTV và SDTV không được dựa vàokhía cạnh và tỷ lệ mà nó được dựa vào chi tiết bức ảnh

HDTV chia làm 2 loại định dạng ảnh là 1280x720 và 1920x1080 sử dụng hệthống quét liên tục và xen kẽ Tranh luận lớn diễn ra vào những năm 1980 và 1990

là liệu có phải HDTV cần quét liên tục hoặc xen kẽ Tại sao sự nhấp nháy và nhữngtốc độ dữ liệu đã cho quét xen kẽ đưa ra sự tăng nào đó trong quyết định không giantĩnh học Trong cuộc tranh luận HDTV, công nhiệp tin học và cộng đồng làm phim

được đặt chống lại quét xen kẽ Sau này cả quét xen kẽ và quét liên tục được chuẩnhóa và để có thể tồn tại được thì một thiết bị thu phải giải mã cả hai dạng trên.

Hình 2-3: HDTV quét 30 và 60 khung hình/giây.

Ở hình 2.3 HDTV được chuẩn hóa với 2 định dạng:

- 1280x720 (1Mpx, luôn là quét liên tục ‘progressive’ )

- 1920x1080 (2 Mpx, quét xen kẽ ‘interlaced’ hoặc quét liên tục

‘progressive’)

Hệ thống Kiểu quét Chuẩn SMPTE STL LT SAL LA

720p60 750/60/1:1 SMPTE 296M 1650 750 1280 7201035i30! 1125/60/2:1 SMPTE 260M 2200 1125 1920 10351080i30 1125/60/2:1 SMPTE 274M 2200 1125 1920 10801080p60 1125/60/1:1 SMPTE 274M 2200 1125 1920 10801080p30 1125/30/1:1 SMPTE 274M 2200 1125 1920 10801080i25 1125/25/2:1 SMPTE 274M 2640 1125 1920 10801080p25 1125/25/1:1 SMPTE 274M 2640 1125 1920 1080

1080p24 1125/24/1:1 SMPTE 274M 2750 1125 1920 1080

Hình 2-4: Tổng hợp số quét HDTV cho hệ thống 720p, 1080i và 1080p.

Trong bảng trên, hệ thống 1035i30 có ký tự “!” không được đề cập sử dụng,

và dùng 1080i30 thay thế, SMPTE 274M gồm quét liên tục 2 Mpx, 1080p60 với hệthống quét 1125/60/1:1

Trong đó các ký hiệu trong bảng là hệ thống bị giới hạn bởi công nghệ:

STL : samples per total line – mẫu trên tổng số dòng

LT : total lines – tổng số dòng

SAL : samples per active line – mẫu trên một dòng tích cực

LA : active lines – dòng tích cực

Đặc điểm của máy thu hình HD- ready (720p) và Full-HD(1080p):

Cũng là tivi LCD độ phân giải cao (HDTV) nhưng tivi gắn mác Full-HD cógiá cao hơn rất nhiều so với tivi HD-ready, nhiều người cho rằng HDTV phải làFull-HD, thế nhưng quan niệm này chưa chính xác Cho dù tivi gắn mác Full-HDhay HD-ready cũng đều là dòng tivi có độ phân giải cao, được áp dụng công nghệkhác nhau nhưng vẫn hiển thị sắc nét hơn tivi bóng đèn thường Hai công nghệ nàyđược phân biệt như sau:

- HD-Ready:

Cho phép trình chiếu các nội dung độ nét cao ở độ phân giải HD thông quacác giao tiếp component (Y/Pb/Pr), HDMI và DVI Các tivi này phải có độ phângiải chuẩn (Native Resolution) thấp nhất là 720p để được gọi là tivi HD-ready

Chuẩn giao tiếp component(Y/Pb/Pr) dùng tín hiệu analog được hỗ trợ bởi các loại

tivi HD nhằm tương thích với các nguồn nội dung HD hiện đang có trên thị trường,còn HDMI và DVI đêu là chuẩnt tín hiệu digital.

- Full-HD:

Full-HD cho phép xử lý và hiển thị tín hiệu tivi cũng như các nội dung HDkhác ở độ phân giải 1080p, độ phân giải mặc định là 1920x1080 Ngoài ra một sốdòng tivi gắn mác Full-HD 1080i và 1080p cùng độ phân giải 1920x1080 nhưngthực chất khác nhau hoàn toàn Công nghệ HD 1080i có 1080 dòng quét xem kẽ(interlaced scan) nên để quét hết màn hình công nghệ này cần quét 2 lượt, lượt đầucác dòng lẻ, lượt sau các dòng chẵn Nói tóm lại, 1080i chỉ thể hiện được 540 dòngquét cùng một lúc nên hình ảnh không đẹp bằng Full-HD khi chuyển từ khung nàysang khung khác

Trong khi đó, chuẩn 1080p ( chính là Full-HD) có 1080 dòng quét đồng bộ(progressive scan), cho phép thực hiện 1080 dòng quét một lúc trên hình ảnh mượt

mà và rõ nét ngay cả khi chuyển tiếp giữa các khung hình Có thể nói Full-HD làchuẩn cao nhất hiện nay đối với HDTV

2.10.1 Định dạng quét:

Có thể biến đổi các mành quét xen kẽ thành các frames quét liên tục bằngcách tính các dòng bị mất trong một mành quét xem kẽ Nếu không có chuyển độnggiữa hai mành thì có thể thực hiện frame quét liên tục bằng cách kết hợp các dòngcủa 2 mành một cách dễ dàng Nếu có chuyển động, thì việc kết hợp sẽ làm rung(judder) ảnh (các chi tiết ảnh theo chiều đúng chuyển động) vì sự xếp chồng bị lệch

đang xét Nhiều kỹ thuật xử lý trong mành (intrafield) đã được sử dụng và có thể tối

ưu hóa cho ảnh tĩnh và động ( đòi hỏi có bộ nhớ mành hoặc bộ nhớ dòng video).Việc lựa chọn kỹ thuật quét xen kẽ phụ thuộc vào giá thành, độ phức tạp và yêu cầuchất lượng ảnh

Phương pháp biến đổi quét liên tục (30p) thành quét xem kẽ (30i) đơn giản làtách các dòng lẻ và chẵn của frame quét liên tục Các dòng lẻ gán cho mành 1 vàcác dòng chẵn gán cho mành 2

Hai định dạng HDTV (1920 x 1080 và 1280 x 720) quan hệ với tỉ lệ 3:2, vàmột hệ số nội quy được dùng để biến đổi định dạng này sang định dạng khác Quan

hệ giữa đặc trưng pixels và dòng của 2 định dạng quét 1280x720 (có tỉ số khuônhình là 16:9) và 640 x 480 (có tỉ số khuôn hình là 4:3) của VGA là 2:1

Định dạng quét 1920x1080 gấp đôi độ phân giải không gian của Rec.601 và xác định tỉ lệ khuôn hình là 16:9 (720 x 2 x (16/9)(4/3) = 1920 mẫu/dòng) Vì định dạng CCIR-Rec.601 không có pixel vuông (4/3x480/720 = 0,888),cho nên số lượng tính là 480 x 2/0,888 = 1080 dòng

Định dạng video khác được sử dụng trong máy tính là định dạng1440x1080(4:3) Định dạng này là tập con của định dạng 1920 x 1080 (16:9) Cả 2định dạng đều có pixels vuông, nhưng khác về tỉ số khuôn hình Định dạng 1440 x

1080 là một phần của tiêu chuẩn MPEG-2 và có thể biến đổi lên 1920 x 1080 Cóthể biến đổi định dạng xuống 720x480 bằng cách chia số pixels dòng cho 2 và tính

số dòng theo chiều đứng như sau : (l080/2) x 4/3 x 480/720 = 480

2.10.2 Biến đổi tỉ lệ khuôn hình.

2.5.2.1 biến đổi tỉ lệ khuôn hình 4:3 thành 16: 9

a Phương pháp 1 (vertical crop):

Cắt theo chiều đứng ảnh gốc và biểu diễn theo hình 2.5, ảnh gốc 4:3 được dãnrộng với hệ số 1,33 (16: 9/ 4: 3) theo cả 2 chiều ngang và đứng Hình ảnh 16: 9được tách 362 dòng (483 x 3/4) của ảnh gốc 4: 3 và hiển thị nó theo tỉ lệ như là 483dòng Việc dãn 362 dòng thành 482 dòng đưa thực hiện bằng hóa quá trình nội suyảnh theo chiều đứng Kết quả: độ phân giải ảnh theo chiều đứng mất khoảng 25%(121/483).

Hình 2-5: Phương pháp 1 cắt theo chiều đứng: ảnh gốc 4:3 cấy vào định dạng 16:9.

Nội suy theo chiều đứng thực hiện bằng cách xử lý từng mành của tín hiệuquét xen kẽ (làm suy giảm chất lượng tín hiệu quét xen kẽ theo các chiều đườngbiên (contours chéo) Có thể thực hiện nội suy theo chiều đứng bằng nhiều bước(chính xác, nhưng phức tạp hơn) như: biến đổi từ quét xen kẽ thành quét liên tục nộisuy theo chiều đứng bằng intraframe trên từng frame, lấy mẫu tần số thấp theochiều đứng tín hiệu nội suy để lưu cấu trúc quét xen kẽ

b Phương pháp 2 (bảng biên):

Hình 2-6: Phương pháp 2 bảng biên: ảnh 4:3 cấy vào định dạng 16:9.

Cấy ảnh gốc 4: 3 vào khuôn hình 16: 9 Hình 2-6: kết quả có 2 sọc đen ở 2bên mép ảnh 720 pixels dòng của ảnh 4: 3 được chia để đưa vào 540 pixels (720 x3/4) của khuôn hình 16: 9 Phương pháp này không yêu cầu có bộ nhớ frame, và dễthực hiện Tuy nhiên, phương pháp này ít được ưa chuộng

2.5.2.2 Hai giải pháp biến đổi khuôn hình 16: 9 thành 4: 3:

a Giải pháp 1 (cửa sổ trung tâm):

Cắt 2 dải ở bên trái và phải của khuôn hình 16: 9 để tách cửa sổ trung tâm(central window) và đặt vào khuôn hình 4: 3 Giải pháp này dùng nội suy pixeldòng để dãn 540 pixels thành 720 pixels Hai bộ nhớ dòng được dùng để biến đổi

Có thể nâng cao bằng thông tin “dãn và quét” (pan và scan) để định vị cửa sổ bêntrong ảnh Thông tin này được cung cấp trên cơ sở mành-trên-mành trong dữ liệuvideo mã hóa (cho máy thu hình).

Hình 2.7: Giải pháp 1 của sổ trung tâm: cắt ảnh 16:9 ở bên thành ảnh 4:3.

Ảnh gốc 16:9 720x483

Hình 2.8: Giải pháp 2 letterbox: ảnh gốc 16:9 cấy vào định dạng 4:3.

Ảnh gốc 16: 9 được nén theo chiều đứng thành 362 dòng, cho kết quả 2 vạchngang đen (phía trên và phía dưới) của ảnh 4: 3 Giải pháp biến đổi này sử dụng quátrình chia theo chiều đứng và bộ nhớ frame

CHƯƠNG 3: TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU HDTV

Hiện nay truyền hình độ phân giải cao (HDTV) đang dần chiếm thế mạnhtrong hệ thống truyền hình Và để có thể truyền đi với chất lương hình ảnh và âmthanh tốt việc lựa chọn sử dụng tiêu chuẩn nén là rất quan trọng Sau nhiều nghiêncứu và thử nghiệm thì chuẩn nén MPEG-2 đã được lựa chọn Hiện nay MPEG-2

còn được mở rộng dựa trên chuẩn MPEG để tăng khả năng ứng dụng ChuẩnMPEG-2 cung cấp khả năng nén rất cao bằng cách dùng các thuật toán tiêu chuẩn,

nó các đặc tính:

+ Nén Video tương thích với Mpeg-1

+ Chế độ Full-screen kết hợp với cải tiến chất lượng Video (cho TV và màn hình PC)

+ Cải tiến mã hoá Audio (chất lượng cao, mono, stereo )

+ Truyền phối hợp nhiều thành phần

+ Các dịch vụ khác

Các hệ thống sử dụng Mpeg-2 đang rất phát triển như: TV số, VoD, Digital

Versatile Disc (DVD)

3.1 Tiêu chuẩn nén MPEG.

Chuẩn nén MPEG (Moving Picture Expert Group) là chuỗi các chuẩn nénvideo với mục đích là mã hóa tín hiệu hình ảnh và âm thanh ở tốc độ từ 1,5 ÷ 50Mbit/s Nén dữ liệu audio với tỉ lệ từ 5:1 ÷ 10:1

Các loại nén MPEG:

 MPEG - 1: nén ảnh động có kích thước 320 × 240, tốc độ bit còn từ 1Mbit/s đến 1,5Mbit/s dùng cho ghi hình trên băng từ và ổ đĩa quang (CD), đồng thờitruyền dẫn trong các mạng

 MPEG - 2 : được sử dụng cho các ứng dụng cao hơn với tốc độ ≤10Mbit/s MPEG-2 cho video có độ phân giải 720x480 và 1280x720 pixel với tốc

thể nén một bộ phim dài 2 giời thành một file có dung lượng vài GB MPEG-2 đượcdùng trong truyền hình kỹ thuật số.

 MPEG – 3 : Nén tín hiệu xuống còn 50Mbit/s (Chuẩn này ban đầu đượctính dành cho truyền hình độ phân giải cao (HDTV) Nhưng cuối cùng nó lại đượcsáp nhập với chuẩn MPEG-2 khi các chuyên gia xác định rằng chuẩn MPEG-2 đủsức đáp ứng được cac1 yêu cầu của HDTV)

 MPEG – 4 : dùng cho nén hình ảnh video với ít khung hình Tốc độ dữliệu yêu cầu là 9÷40 Kbit/s MPEG-4 đã phát triển các tiêu chuẩn mã hóa đối vớitốc độ bit rất thấp

 MPEG – 7: Mô tả thông tin của rất nhiều loại phương tiện, cho phép khảnăng tìm kiếm nhanh và hiệu quả theo yêu cầu người dùng

Tiêu chuẩn MPEG là sự kết hợp giữa nén trong ảnh và nén liên ảnh Tức làphương pháp nén có tổn hao dựa trên biến đổi DCT và bù chuyển động

3.2 Hệ thống nén video MPEG-2.

3.2.1 Nguyên tắc hoạt động:

Hoạt động của bộ mã hóa phụ thuộc vào loại hình ảnh là mã hóa tại thời điểmđang xét Nén MPEG-2 là sự kết hợp giữa nén trong ảnh và nén liên ảnh Dạng thứcđầu vào là Rec – 601 4:2:2 hoặc 4:2:0 được nén liên ảnh trước tạo ra được ảnh khácbiệt ở đầu ra bộ cộng, sau đó lại được nén trong ảnh qua các bước: biến đổi DCT,lượng tử hóa, mã hóa Cuối cùng ảnh này được trộn cùng với véctơ chuyển độngđến bộ khuyếch đại đệm sẽ thu được ảnh nén

Hình 3-1: Sơ đồ quá trình mã hóa MPEG-2.

Nhí

¶nh NÐn video

Sè liÖu ®iÒu khiÓn

Video

Hình 3-2 :giải mã MPEG-2.

Trường hợp ảnh loại I bắt đầu ở mỗi nhóm ảnh, trong chuỗi sẽ nhận được ảnhđầu ra hoàn chỉnh bằng cách trên Nó được lưu trong bộ nhớ ảnh và được sử dụng

để giải mã các ảnh tiếp theo

Trong trường hợp ảnh P sẽ thực hiện giải lượng tử hóa và biến đổi DCTngược với việc sử dụng các véctơ chuyển động và lưu vào bộ nhớ ảnh sớm hơn

Trên cơ sở đó, xác định được dự báo ảnh đang xét Ta nhận ra ảnh sau khicộng dự báo ảnh và kết quả biến đổi DCT ngược Ảnh này cũng được lưu vào bộnhớ để sử dụng khi giải mã các ảnh tiếp theo

3.2.3 Các cấu trúc ảnh.

- Ảnh loại I (Intra Picture) : là ảnh được mã hóa riêng Ảnh I chứa đựng dữliệu để tái tạo lại toàn bộ hình ảnh và cho phép truy cập ngẫu nhiên Tuy nhiên tỷ lệnén thấp

- Ảnh loại P (Predicted picture): là ảnh được mã hóa có bù chuyển động từcác ảnh I hoặc ảnh P ở phía trước (ảnh dự đoán trước) Ảnh P cho tỷ số nén cao hơnảnh I, có thể làm một ảnh so sánh cho việc bù chuyển động các ảnh P và B khác

- Ảnh loại B (Bi Directional Predicted Pictutre) : là ảnh được mã hóa sửdụng bù chuyển động từ các ảnh I hoặc P ở phía trước và ở phía sau (ảnh dự đoánhai chiều) Ảnh B cho tỷ lệ nén cao nhất và có nhiều ưu điểm

- Ảnh loại D (Dc-coded Pictre): là ảnh được sử dụng trong MPEG-1 vàMPEG-4 nhưng không được sử dung trong MPEG-2 Ảnh có các thành phần mộtchiều ở đầu ra DCT được thực hiện

3.2.4 Cấu trúc dòng bit video MPEG-2:

- Mảng (Slice) : Bao gồm các cấu trúc khối liền nhau, có thể bao gồm toàn bộbức ảnh hoặc một cấu trúc khối Thông tin đầu của mảng chứa đựng vị trí củamảng trong toàn bộ ảnh và hệ số cân bằng lượng tử Kích thước thông tin đầucủa mảng được xác định bằng số lỗi cho phép xuất hiện trong mảng đối vớimột ứng dụng nhất định Hệ số DC tham chiếu dùng trong mã hóa DCPMđược so với chuẩn tại đầu mỗi mảng

- Ảnh: lớp ảnh cho phép bộ giải mã xác định loại của ảnh được mã hóa là ảnhI,P hay B Thông tin đầu chỉ thứ tự truyền khung để bộ giải mã sắp xếp ảnhtheo thứ tự đúng Thông tin đầu của ảnh còn chứa các thông tin về đồng bộ,

độ phân giải và phạm vi của véctơ chuyển động

- Nhóm ảnh (GOP): là tổ hợp của nhiều khung I,P và B, được xác định bằngtham số m và n Thông tin đầu gồm 25 bit chứa mã định thời và điều khiển

- Đoạn video: bao gồm thông tin đầu, một số nhóm ảnh và thông tin kết thúcđoạn Đoạn thông tin đầu của đoạn video chứa đựng kích thước mỗi chiềucủa ảnh, kích thước ảnh, tốc độ dòng video, tần số ảnh và bộ đệm tối thiểucần có

Chuỗi Header Chuỗi mở rộng

GOP Header GOP mở rộng

Header ảnh ảnh mở rộng

Lớp Slice

Lớp MB

Hình 3-3 : Cấu trúc dòng bit video MPEG-2.

Dòng bit video MPEG-2 có sự phân lớp và là sự mở rộng cú pháp của cấutrúc MPEG-1 Nó bao gồm các chức năng của MPEG-1, có nghĩa là chúng tươnghợp với nhau Có hai hướng đi trong cùng dòng bít MPEG-2, hoặc theo quy trìnhcủa MPEG-1 hoặc theo chức năng mở rộng của MPEG-2

Hình 3-4 : Hai hướng bít trong cú pháp dòng bit MPEG-2.

Chuỗi Header

MPEG-1 ISO/IEC 11172-2

Chuỗi mở rộng

Dòng bít