Báo cáo thực tập “ truyền hình số cơ bản “

Quá trình biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số bao gồm ba giai đoạn:  Lấy mẫu tín hiệu tơng tự : Đây là quá trình gián đoạn rời rạc hoá theo thời gian bằng tần số lấy mẫu fSA ,

Trang 1

Báo cáo thực tập “ Truyền hình số cơ bản “

Xử lý số liệu truyền hình

I.Số hóa tín hiệu truyền hình

1 Mở đầu

Các hệ thống truyền hình màu đợc sử dụng hiện nay ( NTSC, PAL, SECAM ) là những hệ truyền hình tơng tự Tín hiệu Video là hàm liên tục theo thời gian Tín hiệu truyền hình tơng tự chịu nhiều ảnh hởng của các yếu tố: Nhiễu, can nhiễu từ nội bộ hệ thống và từ bên ngoài làm giảm chất lợng hình ảnh

Tín hiệu Video số đợc tạo từ tín hiệu Video tơng tự Tín hiệu Viedeo số đợc biểu diễn dới dạng các số logic “0” ; “1”, có tính chống nhiễu cao và hơn hẳn tín hiệu Video tơng tự Ngày nay, Nhiều nớc sử dụng truyền hình số thay cho truyền hình tơng tự trong nhiều thành phần của hệ thống

2 Biến đổi tơng tự - số.

Quá trình biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số bao gồm ba giai đoạn:

 Lấy mẫu tín hiệu tơng tự : Đây là quá trình gián đoạn ( rời rạc hoá ) theo thời gian bằng tần số lấy mẫu fSA , kết quả cho ta chỗi các mẫu

 Lợng tử hoá : Đây là quá trình rời rạc hoá theo biên độ tín hiệu ( đã đợc rời rác hoá theo thời gian), nghĩa là chia biên độ ra nhiều mức khác nhau

và mỗi mức khác nhau sẽ đợc gán bằng một gí trị biên độ

 Mã hoá : Đây là quá trình biến đổi tín hiệu đã đợc lợng tử hoá thành tín hiệu số bằng cách sắp xếp các mức tín hiệu tơng ứng theo hệ đếm nhị phân

II Cơ sở biến đổi tín hiệu video

1 Biến đổi tín hiệu video

Biến đổi tín hiệu Video tơng tự thành tín hiệu Video số là quá trình biến đổi thuận, còn biến đổi tín hiệu Video số sang tín hiệu Video tơng tự là biến đổi ngợc

011 101 110 101 001 000 001

Trang 2

Trong hệ thống truyền hình số có sử dụng rất nhiều các bộ biến đổi thuận ADC và các bộ biến đổi ngợc

Trong truyền hình màu, hình ảnh đợc truyền đi đợc biểu diễn bằng ba tín hiệu màu cơ bản: Đỏ (R), lục (G), lam B) Nó có thể đợc truyền bắng ba khả năng sau:

- Ba tín hiệu băng rộng R, G, B

- Một tín hiệu chói băng rộng Y và hai tín hiệu màu băng hẹp I,Q

- Một tín hiệu Video màu tổng hợp

Nh vậy, có thể chia tín hiệu Video thành hai loại chính: Tín hiệu Video màu tổng hợp và tín hiệu Video màu thành phần Vì vậy, Quá trình biến đổi tín hiệu Video tơng tự thành tín hiệu Video số sẽ có hai cách chính sau đây:

- Biến đổi tín hiệu Video màu tổng hợp PAL, SECAM, NTSC

- Biến đổi tín hiệu Video thành phần ( tín hiệu chói Y và hai tín hiệu màu R-Y và B-Y hoặc ba tín hiệu màu cơ bản R,G,B )

2 Tần số lấy mẫu của tín hiệu Video

2.1 Tín hiệu Video tổng hợp.

Đối với tín hiệu Video tổng hợp ( NTSC hoặc PAL), tần số lấy mẫu cho tín hiệu Video thờng bằng 2, 3 hoặc 4 lần tần số sóng mang màu ( 2fS C , 3 fS C, hoặc 4fS

C ) Với cách chọn tần số nh vậy sẽ không tối u đợc băng tần sử dụng ( Ví dụ nh NTSC, nếu lấy 3fS C = 10,74 MHz với fSC = 3,58 MHz thì cha đủ lớn, nếu lấy 4fS C = 14,3 MHz thì lại quá lớn)

Số hoá tín hiệu Video tổng hợp có u điểm là tốc độ bit thấp so với phơng pháp số hoá tín hiệu Video thành phần Nghĩa là, lợng băng từ cần sử dụng trong máy ghi hình hạn chế hơn Tuy nhiên, tín hiệu Video số tổng hợp còn mang đầy đủ những khiếm khuyết của tín hiệu Video tơng tự nh: hiện tợng can nhiễu chói màu Ngoài ra, Tín hiệu Video số còn bộc lộ nhiều nhợc điểm trong quá trình xử lý số, tạo kỹ xảo, dựng hình Vì vậy, trong những năm gần đây, Ngời ta không sử dụng phơng pháp số hoá tín hiệu Video tổng hợp

2.2 Tín hiệu Video thành phần.

Với tín hiệu Video thành phần, tần số lấy mẫu thờng đợc biểu thị thông qua tỷ

lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu các tín hiệu màu (Ví dụ: Tỷ

lệ lấy mẫu 14:7:7 tơng ứng là tần số lấy mẫu của tín hiệu chói là 14 MHz và hai tín hiệu màu là 7MHz Tần số lấy mẫu quyết định đến dải thông của phổ tín hiệu, theo

định lý Shanon- Nyquist, tần số lấy mẫu tối thiểu phải bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu

Trang 3

Hiện nay, để lấy mẫu tín hiệu Video sao cho tối u về dải thông cũng nh độ phân giải của hình ảnh ngời ta thờng dùng tiêu chuẩn 4: 2: 2 ( tỉ lệ tần số lấy mẫu của các tín hiệu Video thành phần Y/CB / C R là 4: 2: 2 Trong đó, Tổ chức EBU chọn tần số lấy mẫu ứng với các tín hiệu Video thành phần bằng :

fS ( Y ) = 13,5 MHz

fS ( CB ) = 6,75 MHz

fS ( CR ) = 6,75 MHz Tần số lấy mẫu fS = 13,5 MHz là bội số của tần số dòng cho cả hai hệ truyền hình 525 và 625 dòng Vì vậy, Thiết bị các trung tâm truyền hình số sẽ hoàn toàn giống nhau cho cả hai hệ thống ( 525 và 625 dòng ), tạo điều kiện thuận lợi cho việc hợp tác sản xuất, trao đổi chơng trình và có thể tiến tới một tiêu chuẩn Video

số chung cho toàn thế giới, loại bỏ cho những xung đột gây nên bởi tình trạng đa hệ

nh trong truyền hình tơng tự Tín hiệu video số thành phần là phơng pháp số hoá

đ-ợc sử dụng hiện tại và trong tơng lai

3 Lợng tử hoá tín hiệu Video thành phần

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

- Mức danh định

- Khoảng bảo vệ cần thiết

- Số bit tơng ứng với mỗi mẫu

- Mã cấm

3.1 Tín hiệu chói Y( Mã hoá 8 bit )

Trong trờng hợp này, tín hiệu chói Y chỉ đợc sử dụng 220 mức Các mức l-ợng tử còn lại ( 36 mức) đợc dùng cho khoảng bảo vệ và tín hiệu đồng bộ

Mức dao động của tín hiệu chói Y từ ( 0700 ) ( mV), do vậy một mức lợng tử

219

700

= 3,196 ( mV) Mức

Trang 4

Các mã từ 115 và 236 254 là khoảng bảo vệ trên, bảo vệ dới Từ mã đồng

bộ chỉ đợc xuất hiện ở khoảng tín hiệu chuẩn thời gian TRS Từ mã mở đầu của TRS gồm: 00H và FFH ( Đây cũng là mức cấm)

Nh vậy, trong trờng hợp lợng tử hoá đồng đều mã nhị phân 8 bit ta có 256 mức lợng tử phân bố đều nhau Các từ mã nằm trong khoảng 00H  FFH tơng đơng ứng với các mức tính theo số thập phân 0  256

Theo tiêu chuẩn 4 : 2 : 2, mức 0 và 255 đợc dành cho tín hiệu đồng bộ, các mức từ 1 154 đợc sử dụng để truyền tải thông tin về Video

Mức cấm với dòng

Khoảng trống dự

phòng

760,731( mV) 703,196( mV)

1111 1110

1110 1100

FE EC

254 236

0.000( mV)

1110 1011

0001 0000

EB 10

235 16 Khoảng trống dự

phòng

-3,196( mV) -47,945( mV)

0000 1111

0000 0001

0F 01

15 1 Mức cấm với dòng

tích cực

Bảng 2-1 : Giá trị các từ mã ( Bin và Hexa ) ứng với các mức 0  255 và điện

áp tơng ứng của tín hiệu chói Y ( số hoá 9 bit ứng với 3,196 ( mV) / mức).

3.2 Tín hiệu màu C R và C B ( Đối với mã hoá 8 bit )

Mức điện tử danh định dành để mã hoá tín hiệu màu nằm trong khoảng 16 

240 Tín hiệu màu đợc lợng tử hoá đối xứng qua trục ứng với các mức 128

Hình 2-2 Mức lợng tử tín hiệu màu C R và C B

Mỗi mức lợng tử tơng ứng với giá trị điện áp :

m lt =

224

700

= 3,125 mV Các mức 115 và 241 254 đợc dành cho các khoảng bảo vệ dới và trên Các mức cấm bao gồm 00H và FFH.

Trang 5

Mức cấm với dòng

phòng

393,750( mV) 353,125( mV)

1111 1110

1111 0001

FE F1

254 241 350,000( mV)

0.000( mV)

1111 0000

1000 0000

0001 0000

F0 80 40

240 128 16

phòng

-353,125(mV) -396,875(mV)

0000 1111

0000 0001

0F 01

15 1 Mức cấm với dòng

tích cực

Bảng 2- 2 Giá trị các từ mã ( Bin và Hexa) ứng với các mức từ 0255 và điện

áp tơng ứng của các tín hiệu màu C R và C B ( Số hoá 8 bit ứng với 3,125 mV / mức.

4 Cấu trúc lấy mẫu

Theo tiêu chuẩn EBU.Tech3267 ba mẫu đầu tiên của một dòng đợc quy định là

CB / Y/ CR = 0/0/0 và bốn mẫu cuối cùng là CB / Y/ CR/ Y = 359/718/359/719 Nh vậy, Mẫu đầu tiên sau xung xoá là một giá trị của CB và mẫu cuối cùng là một giá trị của Y Hình ảnh cấu trúc lấy mẫu đợc biểu thị dới hình sau:

X Mẫu tín hiệu chói Y

O Mẫu tín hiệu màu CR và CB

Hình 2-3 Cấu trúc lấy mẫu tín hiệu chói và tín hiệu màu C R và C B

Sau khi lấy mẫu, các dòng bit thành phần Y, CR và CB đợc ghép kênh theo thời gian

để tạo thành một dòng số liệu Video có thứ tự sắp xếp đan xen theo quy luật:

CB1/ Y1/ CR1 Y2 Cb3/Y3/CR3 Y4

Pixel 1 Pixel 2 Pixel 3 Pixel 4

Mẫu đầu tiên của dòng Video tích cực là CB = 0 xuất hiện sau 132 mẫu kể từ sờn trớc xung đồng bộ của tín hiệu Video tơng tự Nh vậy, bề rộng của xung xoá tín hiệu Video số bằng 10,7( s) trong khi bề rộng của xung xoá tín hiệu tơng tự là 12(

Mức cực đại

d-ơng

Mức cực đại

âm

Trang 6

s) Thời gian của một dòng tín hiệu số tích cực lớn hơn dòng Video tơng tự tích cực là 1,3( s), 53( s) so với 52 ( s)

Để thực hiện đồng bộ tín hiệu Video số ngời ta sử dụng tín hiệu TRS TRS bao gồm bốn từ mã ( ba từ mã mở đầu cố định và một từ mã XY ) xuất hiện tại các mẫu 360 / 720 / 360 / 721 ( EAV - kết thúc dòng Video tích cực ) và các mẫu 431 /

862 / 431 / 863 ( SAV- bắt đầu dòng Video tích cực )

5 Định giá trị các tín hiệu thành phần Y ” C R ”, C B ”

5.1 Xác định Y’, R’, R’- Y’, B’- Y’ từ các tín hiệu thành phần gốc R’,G’, và B’( dấu

‘ biểu thị tín hiệu đã sửa Gamma).

Công thức xác định tín hiệu chói:

Y’ = 0,299R’ + 0,587G’ + 0,114B’

Từ đó ta có thể xác định đợc biểu thức hiệu màu:

R’ - Y’ = R’ - ( 0,299R’ +0,587G’ +0,114B’ )

= 0,1701R’ - 0,587G’ - 0,114B’

B’ - Y’ = B’ - ( 0,299R’ +0,587G’ +0,114B’ )

= 0,299R’ - 0,587G’ + 0,886B’

Từ đó, Ta xác định đợc các giá trị tín hiệu màu thành phần tơng ứng với các hình

ảnh có màu sắc khác nhau.

Bảng 2-3 Giá trị tín hiệu thành phần tơng ứng với các trờng hợp hình ảnh có màu: Trắng, đen, màu cơ bản và màu phụ trợ.

Trang 7

5.2 Chuẩn hoá các giá trị hiệu màu.

Từ bảng trên, ta thấy giá trị Y’ dao động trong khoảng 01 Trong khi đó, giá trị R’- Y’ dao động trong khoảng ( -0,701 0,701 ) và giá trị B’- Y’ dao động trong khoảng ( - 0,886  0,886 ) Để phạm vi dao động của các mức tín hiệu bằng nhau, có nghĩa là các tín hiệu màu chỉ dao động trong khoảng 0,5V, ta cần nhân các giá trị đó cho các hệ số tơng ứng:

KR =

701 ,

0

5 , 0

= 0,713 và KB =

886 , 0

5 , 0

= 0,564

Từ đó, Ta có:

CR = 0,713 ( R’ - Y’ )

= 0,5R’ - 0,419G’ - 0,081B’

CR = 0,564 ( B’ - Y’ )

= -0,169R’ - 0,331G’ - 0,5B’

6 Tín hiệu chuẩn thời gian TRS

6.1 Tín hiệu chuẩn thời gian cho tín hiệu Video.

Tín hiệu chuẩn thời gian ở sát bên dòng dữ liệu Video ( nếu có ) và tồn tại ngay trong thời gian xoá mành Tín hiệu chuẩn thời gian cho tín hiẹu Video số ký hiệu là TRS, bao gồm bốn từ mã sắp xếp theo thứ tự sau: FF 00 00 XY

Ba từ mã đầu có giá trị cố định, từ mã XY mang những thông tin sau:

- Mành chẵn hay lẻ

- Bắt đầu hoặc kết thúc xung xoá mành

- Bắt đầu hoặc kết thúc xung xoá dòng

Bít phát hiện lỗi và sửa sai

Bảng 2 - 3 Tín hiệu chuẩn thời gian TRS cho tín hiệu Video

Trang 8

Các bit P0, P1, P2, P3 có trạng thái phụ thuộc vào các trạng thái của các bit F,

V và H để phát hiện lỗi và sửa lỗi Những bit này có khả năng sửa một bit lỗi và phát hiện hai bít lỗi

Bảng 2-6: Trạng thái các bít sửa sai

Sau khi lấy mẫu, lợng tử hoá và mã hoá thì một tín hiệu Y, CR và CB sẽ cho ta một dòng tín hiệu số Để thực hiện truyền tín hiệu truyền hình số ta cần ghép kênh các dòng tín hiệu số này với nhau cùng với các tín hiệu đồng bộ và các tín hiệu phụ trợ khác

6.2 Tín hiệu chuẩn thời gian cho dữ liệu phụ TRS- ANC

Dữ liệu phụ đợc gửi chèn vào bất kỳ thời điểm nào của dòng dữ liệu , trừ thời gian dành cho tín hiệu chuẩn thời gian TRS và dữ liệu Video Mức của dữ liệu phụ cũng không đợc ghép bằng 00 và FF ( mức dành cho TRS ) Mỗi chuỗi dữ liệu phụ

đợc khởi đầu bằng tín hiệu chuẩn thời gian cho tín hiệu phụ TRS-ANC TRS-ANC bao gồm một chuỗi sáu từ mã: 00 FF FF TT MM LL

Ba từ mã đầu có giá trị không đổi, từ mã thứ t đợc ký hiệu “TT” là từ mã nhận dạng dữ liệu Dữ liệu có thể là số dòng, Audio số, Telex Từ mã thứ năm và thứ sáu chứa thông tin về số dòng hoặc số lợng mã

Số dòng đối xứng số lợng từ mã có giá trị nằm trong khoảng từ 11440 và sẽ

đợc gửi trong hai từ mã, mỗi từ mã có 6 bit, tổng cộng 12 bit

Tín hiệu chuẩn thời gian cho dữ liệu phụ TRS -ANC gồm 6 từ mã là tín hiệu khởi đầu cho tất cả các dòng dữ liệu phụ và có thể xuất hiện trong thơì gian xoá dòng của bất kỳ dòng nào

7 Mối quan hệ giữa tín hiệu Video số và tính hiệu Video tơng tự.

ở hệ 625/25, một ảnh Video số đợc chia làm hai mành, mành một có 312 dòng

và mành hai có 313 dòng.Thì gian xoá của mành một có 24 dòng (Từ dòng 624dòng 22) Thời gian xoá của mành hai có 25 dòng ( 311335) Nh vậy, Tổng

số dòng Video tích cực trong một ảnh sẽ bằng: 625- ( 24+25 ) = 576 dòng

Dòng Video số và dòng Video tơng tự rất khác biệt về thời gian tích cực của mỗi dòng Sự chênh lệch thời gian tích cc là 1,3s ( Tín hiệu Video số là 53,3s so

Trang 9

với tín hiệu tơng tự là 52s) Do vậy, khhoảng thời gian xoá dòng cũng sẽ khác nhau

Cấu trúc mành của tín hiệu Video số so với mành của tín hiệu Video tơng tự rất khác nhau.Sự khác nhau thể hiện ở cấu trúc sau:

Từ hình dới đây,Ta thấy tín hiệu đồng bộ dòng SAV và EAV xuất hiện ở

điểm đầu và điểm cuối cùng của một dòng Dữ liệu Video không đợc truyền trong các dòng 624 22 và 311 335

Dữ liệu phụ đợc chèn vào bất kỳ thời điểm nào của dòng dữ liệu trừ thời gian dành cho tín hiệu TRS và Video

EAV SAV

H = 1 H=0

Dòng 1

Dòng 22

Dòng 23

Dòng 310

Dòng 311

Dòng 335

Dòng 336

Dòng 623

Dòng 624

Dòng 625

64 s

Hình 2 -6: Mối quan hệ giữa mành số và mành tơng tự

Ta có thể tính đợc các thông số của tín hiệu Video số:

- Số dòng tích cực của một ảnh:625 - (24+25) = 576 dòng

- Số từ mã tích cực dành cho dữ liệu Video: 1440 x 576 = 829.440 từ mã / mành

- Tổng số từ mã/ảnh: (1440 + 288) x625 = 1.080.000 từ mã/ảnh

- Tổng số từ mã /giây: 1.080.000 từ mã/ảnh x 25 ảnh/ giây = 27.000.000 từ mã/ giây

- Nếu mỗi từ mã có 8 bit, tốc độ bit bằng: 27.000.000 từ mã/ giây x8 bit =

Mành số tích cực 1

312 dòng ( 1312)

Mành số tích cực 2

313 dòng ( 313 625 )

Trang 10

8 Khuyến cáo CCIR/ITU - R601

Trên cơ sở xem xét các yếu tố:

- Tính thuận tiện trong quá trình sản xuất, trao đổi chơng trình

- Tính tơng thích của các thiết bị Video số

- Tính dễ dàng trong việc xử lý tín hiệu

Tổ chức CCIR đã đa ra khuyến cáo CCIR.601 về tiêu chuẩn mã hoá Video số chung cho cả hai hệ thống 525 và 625 dòng Theo tiêu chuẩn này, Tín hiệu Video

đợc số hoá là tín hiệu Video thành phần bao gồm tín hiệu chói Y và hai tín hiệu màu CR và CB hoặc ba thành phần màu cơ bản ( R,G,B ) Sau đây là bảng thông số chính cho tín hiệu truyền hình số theo tiêu chuẩn CCIR.601:

2 Tổng số mẫu mỗi dòng-Tín hiệu chói

-Mỗi tín hiệu màu (R- Y, B- Y) 858429 864432

3 Cấu trúc lấy mẫu Trực giao mẫu CR,, CB đợc lấy tại cùngmột thời điểm với các mẫu Y lẻ

( 1,3,5 ) trên mỗi dòng

4 Tần số lấy mẫu- Tín hiệu chói

5 Phơng thức mã hoá Lợng tử đồng đều đối với tất cả các mức( 8bit/ mẫu)

6

Số mẫu trong thời gian tích cực

của một dòng số:

- Tín hiệu chói

- Tín hiệu hiệu màu

720 360

7 Khoảng cách từ điểm cuối củadòng số ( thời gian tích cực) đến

điểm bắt đầu của dòng số mới 16 chu kỳ nhịp 12 chu kỳ nhịp 8

-Tổng số mức

- Tín hiệu chói

- Mức đen

- Mức trắng

- Tín hiệu hiệu màu

0225 220 Mức 16 Mức 235

225 mức, đối xứng qua trục tại mức 128

9 Tín hiệu đồng bộ

Từ mã tơng ứng với mức 0 và 225 tuyệt

đối chỉ dùng cho tín hiệu đồng bộ Từ mức 1254 có thể đợc sử dụng cho tín hiệu Video

chơng III Nén tín hiệu số

I Tổng quát về nén tín hiệu số

Định dạng
Số trang	20
Dung lượng	176,5 KB