I, Khái niệm chung về truyền hình số Các hệ thống truyền hình phổ biến hiện nay như: NTSC, PAL, SECAM là các
hệ thống truyền hình tương tự. Tín hiệu Video là hàm liên tục theo thời gian. Tín hiệu
truyền hình tương tự [từ khâu tạo dựng, truyền dẫn, phát sóng đến khâu thu tín hiệu
đều chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố [nhiễu và can nhiễu từ nội bộ hệ thống và từ
bên ngoài] làm giảm chất lượng hình ảnh.
- Đặc điểm của truyền hình số
Để khắc phục những hiện tượng này người ta mã hóa tín hiệu hình ở dạng số
để xử lý. Truyền hình số có những ưu điểm sau:
- Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong Studio [trung tâm truyền
hình] mà tỉ số S⁄ N không giảm [biến đổi chất lượng cao]. Trong truyền hình tương tự
thì việc này gây ra méo tích lũy[mỗi khâu xử lý đều gây méo].
- Thuận lợi cho quá trình ghi đọc: có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng
không bị giảm.
- Dễ sử dụng thiết bị tự động kiểm tra và điều khiển nhờ máy tính.
- Có khả năng lưu tín hiệu số trong các bộ nhớ có cấu trúc đơn giản và sau đó
đọc nó với tốc độ tùy ý.
- Khả năng truyền trên cự ly lớn: tính chống nhiễu cao [do việc cài mã sửa
lỗi, chống lỗi, bảo vệ...].
- Dễ tạo dạng lấy mẫu tín hiệu, do đó dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền
hình, đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau, dể thực hiện những kỹ xảo trong truyền
hình.
- Các thiết bị số làm việc ổn định, vận hành dễ dàng và không cần điều chỉnh
các thiết bị trong khi khai thác.
- Có khả năng xử lý nhiều lần đồng thời một số tín hiệu [nhờ ghép kênh phân
chia theo thời gian].
- Có khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường. Hiện tượng bóng ma
thuờng xảy ra trong hệ thống truyền hình tương tự do tín hiệu truyền đến máy thu
theo nhiều đườngệc tránh nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin số cũng làm
giảm đi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá.
- Tiết kiệm được phổ tần nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ nén có
thể lên đến 40 lần mà hầu như người xem không nhận biết được sự suy giảm chất lượng.
Từ đó có thể truyền được nhiều chương trình trên một kênh sóng, trong khi
truyền hình tương tự mỗi chương trình phảI dùng một kênh sóng riêng.
- Có khả năng truyền hình đa phương tiện, tạo ra loại hình thông tin 2 chiều,
dịch vụ tương tác, thông tin giao dịch giữa điểm và điểm. Do sự phát triển của công
nghệ truyền hình số, các dịch vụ tương tác ngày càng phong phú đa dạng và ngày
càng mở rộng. Trong đó có sự kết hợp giữa máy thu hình và hệ thống máy tính,
truyền hình từ phương tiện thông tin đạI chúng trở thành phương tiện thông tin cá
nhân.
Tuy nhiên truyền hình số cũng có những nhược điểm đáng quan tâm:
+Dải thông của tín hiệu tăng do đó độ rộng băng tần của thiết bị và hệ thống
truyền lớn hơn nhiều so với tín hiệu tương tự.
- Việc kiểm tra chất lượng tín hiệu số ở mỗi điểm của kênh truyền thường phức tạp hơn [phải dùng mạch chuyển đổi số-tương tự]
- Hiện trạng về truyền hình số
Số hóa toàn bộ hệ thống truyền hình nghĩa là chuyển tín hiệu tương tự sang dạng số từ Camera truyền hình, máy phát hình, kênh truyền đến máy thu hìnhệc số hóa hệ thống truyền hình hiện nay [NTSC, PAL, SECAM] chủ yếu là ở khâu phân tích ảnh cho đến đầu vào của máy phát hình [thiết bị Studio] một phần công đoạn trong máy phát hình [điều chế, xử lý tín hiệu] một phần lớn công đoạn trong máy thu hình. Trong thực tế số hóa hoàn toàn cả hệ thống truyền hình là một điều hết sức khó khăn mà chỉ thực hiện số hóa một số khâu quan trọng mà thôi vì truyền hình tương tự còn rất phổ biến, đồìng thời phương tiện kỹ thuật, trang thiết bị còn rất mới mẽ và đắt tiền.
+Bên phát:Tại đầu vào của thiết bị là tín hiệu tương tự,khi đó bộ biến đổi tín hiệu tương tự sang số[A/D] làm nhiệm vụ biến đổi các tín hiệu truyền hình tương tự sang tín hiệu truyền hình số.Việc biến đổi này nhằm làm giảm tác động của nhiễu trong quá trình truyền tín hiệu và khi chuyển sang tín hiệu số giúp ta có thể đạt tốc độ truyền cao,chính xác.Đồng thời nó cũng giúp cho quá trình sửa lỗi ở phía thu được dễ dàng hơn đó tín hiệu số được đưa qua bộ mã hóa nguồn,mã hóa kênh,điều chế....
+Bên thu:Sau khi qua các bộ giải điều chế,giải mã hóa.ín hiệu được đưa tới bộ biến đổi số sang tương tự[D/A].Ở đây tín hiêu tin tức ban đầu truyền đi được khôi phục lại hoàn toàn ở phía thu[ảnh hưởng của nhiễu đến tín hiệu là ít].
- Biến đổi tín hiệu tương tự sang số [A/D]
-Việc chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số gồm 3 quá trình:
+Lấy mẫu[Sample]
+Lượng tử hóa[quatife]
+Mã hóa [encode]
-Lấy mẫu tín hiệu tương tự: là quá trình biến đổi tín hiệu tương tự thành 1 dãy các xung tuần hoàn ,cách đều nhau và có độ rộng bằng nhau,có biên độ xung bằng với giá trị của tín hiệu tương tự tại thời điểm lấy mẫu
.-Lượng tử hóa:là quá trình xấp xỉ hóa các giá trị của các mẫu tương tự về1 số mức nhất định,khoảng cách giữa 2 mức biên độ đó gọi là bước lượng tử.
-Mã hóa:quá trình này sử dụng các bit nhị phân để mã hóa các mức biên độ đã được lượng tử hóa .Số lượng bit nhị phân mã hóa mỗi bit lượng tử sẽ phụ thuộc vào số mức lượng tử hóa 2. Chọn tần số lấy mẫu Công đoạn đầu tiên của quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là lấy mẫu [có nghĩa là rời rạc tín hiệu tương tự theo thời gian]. Do đó tần số lấy mẫu là một trong những thông số cơ bản của hệ thống kỹ thuật số. Có nhiều yếu tố quyết định việc lựa chọn tần số lấy mẫu. Tần số lấy mẫu cần được xác định sao cho hình ảnh nhận được có chất lượng cao nhất, tín hiệu truyền đi với tốc độ bit nhỏ nhất, độ rộng băng tần nhỏ nhất và mạch đơn giản. Lấy mẫu tín hiệu Video : Để cho việc lấy mẫu không gây méo, ta phải chọn tần số lấy mẫu thoả mãn công thức Kachenhicop ƒsa ≥ 2ƒmax [ƒmax = 5,5MHz đối với hệ PAL] nghĩa là ƒsa ≥ 11MHz. Trường hợp ƒsa < 2ƒmax sẽ xảy ra hiện thượng chồng phổ làm xuất hiện các thành phần phụ [alias components] và xuất hiện méo, ví dụ như hiệu ứng lưới trên màn hình [do các tín hiệu vô ích nằm trong băng tần video], méo sườn xung tín hiệu, làm nhoè biên ảnh [do hiệu ứng bậc thang], các điểm sáng tối nhấp nháy trên màn hình. Trị số ƒsa tối ưu sẽ khác nhau cho các trường hợp: tín hiệu chói [trắng đen], tín hiệu màu cơ bản [R, G, B]. các tín hiệu số màu, tín hiệu Video màu tổng hợp. Cuối cùng việc chọn tần số lấy mẫu phụ thuộc vào hệ thống truyền hình màu. Trong trường hợp lấïy mẫu tín hiệu Video màu tổng hợp phải chú ý đến tần số sóng mang phụ ƒsc, khi chọn ƒsa có thể xuất hiện các trường hợp sau đây:
- ƒsa gấp nhiều lần ƒsc, ví dụ ƒsa = 3ƒsc hoặc 4ƒsc [hệ PAL, NTSC chỉ dùng một tần số ƒsc]. Hệ SECAM dùng hai sóng mang phụ màu nên không dùng được một tần số ƒsa cho các tín hiệu hiệu số màu. +ƒsa không có quan hệ trực tiếp với ƒsc. Trong trường hợp này ngoài các thành phần tín hiệu có ích sẽ xuất hiện các thành phần tín hiệu phụ do liên hợp giữa ƒsa và ƒsc hoặc hài của ƒsc trong phổ tín hiệu lấy mẫu. Đặc biệt thành phần tín hiệu [ƒsa -2ƒsc] sẽ gây méo tín hiệu Video [tương tự] được khôi phục lại gọi là méo điều chế chéo [Intermodulation]. Méo này sẽ không xuất hiện trong trường hợp lấy mẫu và mã hóa riêng tín hiệu chói và các tín hiệu số màu. Trong trường hợp lấy mẫu tín hiệu Video màu tổng hợp cho hệ NTSC, PAL thường thì người ta chọn bằng hài bậc 3 tần số tải màu ƒsc : ƒsa =3ƒsc. ƒsaPAL = 13,3 MHz > 2ƒmaxPAL = 2x5=10MHz hoặc 2x5,5=11MHz. ƒsaNTSC = 10,7 MHz > 2ƒmaxNTSC = 2x4,2=8,4MHz. Nếu chọn ƒsa= 4ƒsc thì cho chất lượng khôi phục rất tốt. Tuy nhiên, nó sẽ làm tăng tốc độ bit tín hiệu số
- Nếu tín hiệu truyền đi từng thành phần chất lượng hình ảnh thu được đảm bảo tốt hơn do ảnh hưởng của sóng mang phụ khi lấy mẫu không có.
- Tần số lấy mẫu của tín hiệu chói ƒsaY≥ 2ƒmaxY và bằng bội số của tần số dòng.
● Mã sơ cấp là mã cơ sở để hình thành mã bảo vệ. Mã bảo vệ dùng để tăng cường khả năng chịu đựng nhiễu cho tín hiệu truyền trong kênh thông tin. ● Tùy theo cách sắp xếp số nhị phân mà ta có các loại PCM [Pulse Code Modulation:Điều chế xung mã] tuyến tính hay DPCM [Diffirent PCM: PCM vi sai]. PCM tuyến tính truyền số mức lượng tử [mã nhị phân] còn DPCM truyền tín hiệu số bằng liên hợp các gía trị lượng tử của một vài mẫu. ● Phương pháp điều chế PCM tuyến tính 8 bit cho kết quả hình ảnh thu được rất tốt. Các hiện tương méo lượng tử giảm đáng kể. Do vậy đối với các hình ảnh yêu cầu chất lượng cao người ta thường dùng loại này [Studio] nhưng nó có nhược điểm là tốc độ bit lớn, kênh truyền phải có băng tần rộng. ● Tần số lấy mẫu của của tín hiệu Video màu tổng hợp là 13,5MHz. Với mã hóa riêng từng thành phần tín hiệu chói có tần số lấy mẫu là 13,5MHz và các tín hiệu màu có tần số lấy mẫu là 6,75MHz Gọi C là tốc độ bit đơn vị là b ⁄ s. Ta có C = ƒsa Vậy CVID tổnghợp = 13,5 = 108 Mb ⁄ s CTPC = 13,5 = 108 Mb ⁄ s [TPC: thành phần các tín hiệu chói] CTPM = 6,75= 54 Mb ⁄ s [TPM: thành phần các tín hiệu màu] ⇒ C= [108 + 2] = 216Mb⁄ s Độ rộng băng tần của kênh truyền phải là: W ≥ 3C⁄ 4 WVID tổng hợợp ≥ 108⁄ 4= 81MHz Wcác thtp ≥ 216/4 = 162 MHz [thtp: tín hiệu thành phần] Ta thấy băng tần của kênh truyền rất lớn so với kênh truyền của tín hiệu tương tự [6,5MHz]. Muốn truyền đi xa đối với tín hiệu truyền hình số người ta phải giảm tốc độ bit. 6 Giảm tốc độ bit trong truyền hình Nếu sử dụng dụng PCM tuyến tính để biến đổi số tín hiệu Video tương tự thì tốc độ bit sẽ tăng rất cao và do đó thiết bị Video số cũng như thiết bị truyền dẫn số cần phải có dải thông rất lớn so với trương hợp tín hiệu Video tương tự. Trong truyền hình số người ta thường lấy tỷ lệ tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu các tín hiệu số màu để đánh giá chất lượng hình ảnh.
ƒsY : ƒsc:R-Y : ƒsc:B-Y 4 : 4 : 4 chất lượng cao nhất 4 : 2 : 2 chất lượng cao 4 : 1 : 1 chất lương trung bình 2 : 1 : 1 [dùng cho thoại truyền hình ] Việc giảm tốc độ bit dựa vào các yếu tố sau:
- Nguồn tín hiệu Video được xem như nguồn có nhớ. Các thông tin được truyền trên 2 dòng kề nhau chỉ khác nhau rất ít và được xem là giống nhau. Nó cũng đúng cho cả hai mành [nửa ảnh] và 2 ảnh kề nhau. Hay nói cách khác : Một số thông tin nhất định trong tín hiệu Video có thể được khôi phục lại ở đầu thu mà không cần truyền đi nó.
- Dựa vào những đặc điểm sinh lý của mắt người : độ nhạy của mắt, các đặc điểm về phổ của mắt, khả năng phân biệt của mắt, độ lưu ảnh của võng mạc nên
không cần truyền đi toàn bộ thông tin chứa trong các dòng và các mành hoặc các ảnh liên tục, các tín hiệu không truyền đi đó gọi là tín hiệu dư thừa [Redundanced Video Signal] + Để giảm tốc độ bit truyền hình số còn thực hiện chọn mã thích hợp có thể thực hiện theo các nhóm sau: + DPCM: PCM phi tuyến, PCM có dự báo, PCM vi sai. + Mã chuyển vị [chuyển đổi]. + Mã nội suy và ngoại suy. Trong đó: PCM đòi hỏi tốc độ bit cao. DPCM sử dụng đặc trưng thống kê ảnh và tín hiệu Video và cũng như đặc điểm của mắt người cho phép làm giảm tốc độ bit nên trong truyền hình số người ta thường dùng phương pháp điều chế xung mã vi sai hơn cả. 5. Số hóa tín hiệu ở Studio
- Sơ đồ khối của kênh hình của Trung tâm truyền hình
Hình 5 Sơ đồ khối của kênh hình của Trung tâm truyền hình
Mục đích : Số hóa toàn bộ khâu sản xuất chương trình truyền hình. Các tín hiệu Video [ra từ Camera, Telecine...] qua bộ biến đổi DAC để chuyển sang dạng số, đến thiết bị trộn. Tín hiệu ra từ thiết bị trộn có thể được ghi hình VTR số, hoặc truyền dẫn đến các Studio khác hoặc máy phát. Thiết bị đồng bộ tạo tín hiệu đồng bộ,các tín hiệu đồng hồ và xung lấy mẫu cho các thiết bị số. 5 Các tín hiệu số ở Studio Tiêu chuẩn NTSC : 525/60, ƒMax = 4,2MHz ; ƒH = 15750Hz ; TH= 63,555μs Tiêu chuẩn PAL : 625/50, ƒMax= 5,5MHz ; ƒH= 15625Hz ; TH= 64μs Tín hiệu Video trong Studio bao gồm : Tín hiệu chói Y với fS/Y = 13,5MHz, mã PCM tuyến tính, 8bit/1pixel Tín hiệu hiệu số màu C : fS/C = 6,75 MHz, mã PCM tuyến tính, 8bit /1 pixel Tín hiệu số được tạo theo 3 cách : + Nối tiếp, ghép kênh theo thời gian thành một dòng : tốc độ bit 216Mb/s, môt kênh truyền, băng tần cỡ 150 MHz, ưu điểm là chỉ có 1 mạch chuyển đổi.
Hình 6 Bộ nhớ ảnh số theo nguyên tắc ghi đọc tuỳ ý
Tín hiệu Video số được ghi vào bộ nhớ theo địa chỉ nhờ mạch điều khiển [theo xung nhịp đồng hồ, đồng bộ với tín hiệu ghi] Việc đọc ra được điều khiển bằng bộ tạo địa chỉ, đọc theo phương pháp dịch chuyển [nhờ mạch điều khiển theo xung nhịp đồng hồ đồng bộ với tín hiệu chuẩn] Bộ nhớ này được dùng nhiều trong xử lý tín hiệu Video, tạo hiệu ứng đặc biệt, sửa lỗi thời gian, biến đổi tiêu chuẩn truyền hình, giảm nhiễu đồng bộ ảnh... 7. Các hệ thống truyền hình số quảng bá Truyền hình quảng bá là truyền hình số kết hợp với công nghệ nén số cho ưu điểm nổi bật là tiết kiệm được bộ nhớ và tiết kiệm kênh truyền. Một kênh truyền hình quảng bá truyền thống khi truyền tín hiệu truyền hình số có thể truyền trên 6 chương trình và mỗi chương trình có thể kèm theo 2 đến 4 đường tiếng. Ứng dụng kỹ thuật truyền hình số có nén có thể truyền một chương trình truyền hình độ phân giải cao HDTV trên một kênh thông thường có băng thông [6-8]MHz, điều mà kỹ thuật tương tự không thể giải quyết được. Truyền hình số có nén được sử dụng rộng rãi cho nhiều cấp chất lượng khác nhau. Từ SDTV có chất lượng tiêu chuẩn đến HDTV có chất lượng cao với tốc độ bít từ 5- 24Mb/s, được truyền dẫn và phát sóng qua cáp, qua vệ tinh và trên mặt đất. Có rất nhiều tiêu chuẩn nén dùng cho truyền hình số: MPEG-1, 2, 3, 4, 7...[Moving Picture Experts Group]. Việc phát chương trình quảng bá truyền hình số [digital video broadcasting DVB] chủ yếu sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG – 2, nó có phương thức sửa mã sai; căn cứ vào các chương trình multimedia, sẽ chọn lựa các phương thức điều chế tương ứng và biên mã của các đường thông tin. Hiện nay có ba tiêu chuẩn truyền hình số có nén dùng trong truyền dẫn và phát sóng là DVB [châu Âu], ATSC [Mỹ], ISDB-T [Nhật], trong đó DVB tỏ ra có nhiều ưu điểm và có khoảng 84% số nước trên thế giới, trong đó có VN lựa chọn sử dụng. Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB được mô tả như hình vẽ dưới đây:
Hình 7 Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB
Sau khi xác định các tiêu chuẩn của phát truyền hình số DVB, do các sự truyền tải Multimedia khác nhau, lĩnh vực ứng dụng khác nhau nên DVB đã được tổ chức và phân chia thành một số hệ thống, cụ thể là hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB–S [Satellite]; hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB–C [Cable]; hệ thống quảng bá truyền hình số trên trái đất DVB–T [Terrestrial]; hệ thống quảng bá truyền hình số vi ba DVB–M [Microwave]; hệ thống quảng bá truyền hình số theo mạng tương tác DVB–I [Interact]; hệ thống truyền hình số hệ thống cộng đồng DVB– CS [Community System],v. 7 Hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB-C Đặc điểm chung: ● DVB-C: Hệ thống truyền dẫn qua cáp sử dụng độ rộng kênh truyền 7-8MHz, điều chế QAM với 64 trạng thái [64-QAM], tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 38,1Mb/s. ● Trong mạng truyền hình hữu tuyến do tín hiệu hình ảnh được truyền tải trên đường dây cáp đồng trục nên nó ít bị can nhiễu bên ngoài. Trong các nguyên tắc DVB đã qui định sử dụng các phương thức điều chế QAM, căn cứ vào trạng thái môi trường truyền tải có thể sử dụng các tốc độ điều chế khác nhau như 16-QAM; 128- QAM; 256-QAM.
chương trình truyền hình cần truyền tải sẽ được thực hiện việc mã hóa, sau đó dòng số liệu MPEG-2 được đưa vào bộ điều chế số QPSK. Cuối cùng tiến hành biến tần, tín hiệu QPSK được điều chế tới trung tần IF, đạt tới tần số vi ba cần thiết của dải sóng C hoặc K U, thông qua anten phát tiến hành phát xạ lên truyền hình vệ tinh. ● Sơ đồ khối của hệ thống thu truyền hình số vệ tinh như hình 6. Tín hiệu vệ tinh qua bộ biến tần LNB, máy thu vệ tinh số IRD [integrated receiver coder ] sẽ tiến hành việc giải điều chế QPSK, giải mã đưa ra tín hiệu âm tần và thị tần, nếu dùng đầu nối thu CATV ở trước thì mạng truyền hình hữu tuyến có thể được chia thành phương thức truyền tải tương tự và phương thức truyền tải số. ● Trong phương thức truyền tải tương tự thì số đường truyền đạt và số lượng máy thu bằng nhau, do tín hiệu đầu ra của máy thu vệ tinh số IRD là AV cho nên cần phải dùng các bộ điều chế tương tự với các kênh tần khác nhau để truyền tải tín hiệu tới hộ dùng.
Hình 6 Sơ đồ khối hệ thống thu truyền hình số
7 Hệ thống quảng bá truyền hình số trên mặt đất DVB –T Đặc điểm chung: DVB-T: Hệ thống phát sóng số trên mặt đất DVB-T sử dụng độ rộng kênh 7- 8MHz, tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 24Mb/s. Người ta sử dụng phương pháp điều chế số mã hoá ghép kênh theo tần số trực giao COFDM do sự truyền tải của hệ thống quảng bá truyền hình số trên mặt đất tương đối đặc biệt, có Tín hiệu từ Máy thu hiện tượng tinh xạ tín hiệu nhiều lần, can nhiễu rất nghiêm trọng.
CH ƯƠNG 2 : KĨ THU ẬT NÉN VIDEO S Ố
2 Các phương pháp nén video số
- Nén không mất thông tin
Nén không mất thông tin cho phép phục hồi lại đúng tín hiệu ban đầu sau khi giải nén. Đây là một quá trình mã hóa có tính thuận nghịch. Hệ số nén phụ thuộc vào chi tiết ảnh được nén. Hệ số nén của phương pháp nên không mất thông tin nhỏ hơn 2:1. Các kỹ thuật nén không mất thông tin bao gồm:
- Mã hoá với độ dài của từ mã] thay đổi [VLC]
Phương pháp này còn được gọi là mã hoá Huffman và mã hoá tnropy, dựa trên khả năng xuất hiện của các giá trị biên độ trùng hợp trong một bức ảnh và thiết lập một từ mã ngán cho các giá trị có tần suất xuất hiện cao nhất và từ mã lài cho các giá trị còn lại. Khi thực hiện giải nén, các thiết lập mã trùng hợp sẽ được sử dụng đế tay lại giá trị tín hiệu ban đầu. Mã hoá và giải mã Huffman có thể được thực hiện một cách dễ dàng bằng cách sử dụng các bảng tìm kiếm.
- Mã hoá với độ dài [ của từ máy động [RLC]
Phương pháp này dựa trên sự lặp lại của cùng giá trị mẫu để tạo ra các mã đặc biệt biểu diễn sự bắt đầu và kết thúc của giá trị được lặp lại. Chỉ các mẫu có giá trị khác không mới được mã hoá. Số mẫu có giá trị bằng không sẽ được truyền đi dọc the cùng lòng quét. Cuối cùng, các chuỗi [] được tạo ra bằng quá trình giải tương quan như phương pháp DCT hay DPCM.
- Sử dụng khoảng xoá đồng và mành
Vùng thông tin xoá được loại bỏ khỏi dòng tín hiệu để truyền đi vùng thông tin tích cực của ảnh. Theo phương pháp đó, thông tin xóa lỏng và xoá mành sẽ khôngđược ghi giữ và truyền đi. Chúng được thay bằng các dữ liệu đồng bộ ngắn hơn tuỳ theo các ứng dụng.
đ] Biến đổi casin rời rạc [DCT].
Qúa trình DCT thuận và nghịch được coi là không mất thông tin nếu đó lài từ mà hệ số là 13 hoặc 14 băng tần đối với lòng video số sử dụng 8 bit biểu diễn mẫu. Nếu độ dài từ mà hệ số của phép biến đổi DCT nhỏ hơn, quá trình này trở nên có mất thông tin.
- Nén có mất thông tin
Nén có mất thông tin sử dụng hai hoặc nhiều hơn các kỹ thuật xử lý nhằm tỉạt được một sự biểu diễn mã hoá thuận lợi tín hiệu hình ảnh. Nên có mật thông tin đạt được hệ số nén cao hơn so với phương pháp nén không mất thông tin, vào cỡ 2:1 đến 100: 1. Sau khi nén, một số thông tin sẽ bị mất và chất lượng ảnh bị suy hao do quá trình làm tròn và loại bỏ giá trị trong phạm vi khung hình hay giữa các khung hình. Suy hao chất lượng ảnh sẽ không trầm trọng khi kỹ thuật nén nằm trong giới hạn của sự cảm nhận của mọi người. Hệ số nén có thể thay đổi theo chi tiết ảnh, và cho phép tạo ra lòng bit có tốc độ không đổi, phục vụ cho các ứng dụng lưu trữ và truyền dẫn. Tốc độ lòng số liệu đạt được trong hệ thống nên có mất thông tin phụ thuộc vào yêu cầu chất lượng ảnh cần có.
- Lấy mẫu con [Subsampling] Đây là một phương pháp nén rất có hiệu quả, song độ phân giải của ảnh sau khi giải nén giảm so với ảnh ban đầu. Vì vậy, kỹ thuật lấy mẫu còn không áp dụng cho tín hiệu chói. Phương pháp lấy mẫu con tín hiệu màu, chẳng hạn như cấu trúc lấy mẫu 4:2:0 hay 4:1:1 được dùng trong ứng dụng ghi, trong khi cấu trúc 4:2: được sử dụng trong các ứng dụng sản xuất và truyền dẫn chương trình MPEG,
JPEG gồm hai quá trình là mã hóa [encode] và giải mã [decode], các thủ tục chính của quá trình mã hóa và giải mã dựa trên biến đổi cosin rời rạc
Hình 1
Ban đầu ảnh gốc được phân thành các khối [block] có kích thước 8x8 [ma trận điểm ảnh 8x8]. Các khối ảnh 8x8 này là một tín hiệu rời rạc gồm 64 điểm được biểu diễn bằng hai biến trung gian x và y. Khối biến đổi cosin rời rạc trước [Forward Discrete Cosine Transformation - FDCT] sẽ đưa tín hiệu này vào để phân tích. Biến đổi cosin rời rạc được sử dụng trong quá trình mã hóa để tạo ra các hệ số tương quan, cho phép nén ảnh hiệu quả vì mỗi hệ số là độc lập với nhau và không làm ảnh hưởng đến hiệu quả nén. Bước tiếp theo của thuật toán JPEG là quá trình lượng tử hóa, mỗi hệ số sẽ được lượng tử hóa sử dụng giá trị tương ứng từ bảng lượng tử. Không có giá trị mặc định cho bảng lượng tử, các ứng dụng có thể tự xác định các giá trị này để tùy chỉnh chất lượng ảnh theo các đặc tính cụ thể của ảnh, theo thiết bị và theo điều kiện hiển thị. Sau khi lượng tử hóa, các hệ số sẽ được mã hóa entropy. Có 2 thủ tục mã hóa entropy [mã hóa ngẫu nhiên] là: mã hóa Huffman và mã hóa số học. Trong đó, mã hóa Huffman là thuật toán mã hóa ngẫu nhiên được sử dụng cho việc nén dữ liệu có tổn thất, sử dụng bảng Huffman được xác định bởi một bảng tần suất xuất hiện các kí tự cần mã hóa để xây dựng một bộ mã nhị phân cho các kí tự đó sao cho dung lượng [số bít] sau khi mã hóa là nhỏ nhất. Mã hóa số học sử dụng bảng mã hóa số học và khác với mã hóa Huffman là thay vì tách riêng đầu vào trong các kí tự và thay thế mỗi kí tự bằng một mã, mã hóa số học thực hiện mã hóa toàn bộ thông điệp trong một số duy nhất n [trong đó n nằm trong khoảng [0,0;1,0] ].
Hình 2
Quá trình giải mã diễn ra ngược lại với quá trình mã hóa. Ảnh nén được giải mã entropy, sau đó được lượng tử hóa ngược và cuối cùng là được biến đổi cosin rời rạc ngược qua khối Biến đổi cosin rời rạc ngược [Inverse Discrete Cosine Transformation
- IDCT] để khôi phục ảnh ban đầu.
- Các chế độ hoạt động của tiêu chuẩn JPEG
Nén JPEG có thể thực hiện bởi bốn chế độ như sau:
- Không tổn thất tuần tự [Sequential lossless]: được đưa ra cho các ứng dụng yêu cầu đảm bảo khôi phục với mức độ chính xác rất cao so với ảnh gốc. Chế độ này không được sử dụng rộng rãi khi nén ảnh tĩnh.
- Biến đổi cosin rời rạc tuần tự [Sequential DCT-based]: là định dạng cơ bản của JPEG, mỗi thành phần của ảnh được mã hóa theo kiểu quét từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. DCT tuần tự chỉ hỗ trợ ảnh 8-bit [không hỗ trợ ảnh 12 bit] và chỉ sử dụng mã hóa Huffman.
- Biến đổi cosin rời rạc lũy tiến [Progressive DCT-based]: rất giống với phương thức DCT tuần tự, tuy nhiên thay vì xử lý thông tin trong mỗi bản quét [scan] của ảnh, chế độ này sẽ xử lý nhiều scan của ảnh, mỗi scan sẽ xác định ảnh tốt hơn từ bản scan được xử lý trước đó.
- Phân cấp [hierarchical]: cho phép nhiều ảnh có độ phân giải khác nhau được tổ chức trong cùng một tệp tin. Chế độ này cũng sử dụng nhiều hơn một scan để xác định ảnh, giải mã các scan cho đến khi đạt được độ phân giải theo yêu cầu.
2 Tiêu chuẩn MPEG-
1. Tổng quan về MPEG-
Tiêu chuẩn The Moving Picture Experts Group Phase 1 [MPEG-1] – Định dạng âm thanh, phim ảnh của nhóm chuyên gia ảnh động là một tiêu chuẩn cho định dạng âm thanh, phim ảnh của tổ chức ISO/IEC phát triển nhằm hỗ trợ các thiết bị trình chiếu âm thanh, phim ảnh. Tiêu chuẩn MPEG-1 [hay còn gọi là ISO/IEC 11172 – Mã hóa ảnh động và âm thanh kết hợp cho phương tiện lưu trữ thông tin số 1,5Mbit/s] bao gồm 05 phần:
Truyền sóng vô tuyến là gì?
Sóng vô tuyến gọi tắt là RF [Radio Frequency], là một loại sóng điện từ không cần dây để truyền tải thông tin. Đặc điểm chính của sóng vô tuyến là khả năng truyền dữ liệu qua không gian mà không cần kết nối vật lý bằng dây cáp.
Kênh vô tuyến là gì?
Kênh vô tuyến là phần tử cơ bản nhất quyết định đến chất lượng của hệ thống vô tuyến. Do vậy, trước khi thiết kế một hệ thống vô tuyến việc nghiên cứu các đặc tính kênh truyền là nhiệm vụ đầu tiên.
Vô tuyến có nghĩa là gì?
Vô tuyến thường được hiểu là phương tiện truyền thông không dây. Đây là các định nghĩa về vô tuyến như: Sóng vô tuyến.
Sóng vô tuyến có bao nhiêu loại?
Sóng điện từ hay còn gọi là sóng vô tuyến sẽ được chia ra làm các loại sóng ngắn, sóng cực ngắn, sóng trung và sóng dài trong khí quyển.