Trị số f
sa
tối u sẽ khác nhau cho các trờng hợp: tín hiệu chói, tín hiệu
màu cơ bản (R, G, B), các tín hiệu 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.
* Lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp (video composite):
Theo định lý lấy mẫu Nyquist - Shannon thì tần số lấy mẫu phải 2 lần
tần số lớn nhất của tín hiệu (sẽ tránh đợc hiện tợng chồng phổ). Với dải thông
video là 6 MHz thì tần số lấy mẫu tối thiểu cho tín hiệu video phải lớn hơn
hoặc bằng 12 MHz. Tuy nhiên nếu chọn tần số lấy mẫu ( f
sa
) không có quan hệ
với tần số sóng mang màu (f
sc
) thì có hiện tợng xuyên điều chế giữa f
sa
và f
sc
,
gây ra méo tín hiệu sau khi khôi phục. Có thể chọn tần số lấy mẫu f
sa
= 3f
sc
, tuy
nhiên chất lợng không đáp ứng đợc cho Studio. Tiêu chuẩn tần số lấy mẫu đợc
áp dụng cho video số composite là: f
sa
= 4f
sc
.
Nh vậy tần số lấy mẫu đối với tín hiệu tổng hợp hệ PAL:
4,433 MHz ì 4 = 17,7344 MHz
Sử dụng cấu trúc lấy mẫu trực giao, mỗi mẫu đợc lợng tử hoá 8 bit hoặc 10
bit sẽ tạo ra dòng bit nối tiếp có tốc độ 141,76 Mbps hoặc 177,2 Mbps. Tín
hiệu Video tổng hợp dới dạng số có chất lợng hạn chế do không thể giải quyết
các vấn đề pha tải màu, can nhiễu giữa tín hiệu chói và màu nên không còn đ-
ợc sử dụng rộng rãi trong những năm gần đây.
* Lấy mẫu tín hiệu video thành phần (component)
Lấy mẫu và mã hoá tín hiệu video thành phần có u điểm là loại bỏ đợc
sự phức tạp về tải tần màu và các méo khác mà lấy mẫu tín hiệu video tổng
hợp không thể đạt đợc. Khuyến nghị 601 của ITU ( ITU-R.BT601/656) đã
định nghĩa chuẩn lấy mẫu Video số cho Studio truyền hình của cả hai hệ thống
625 dòng và 525 dòng dựa trên việc số hoá các thành phần Y, C
R
, C
B
trong đó
C
R
, C
B
là các tín hiệu biểu diễn tín hiệu hiệu màu R-Y và B-Y đã qua quá trình
chuyển đổi A/D, đợc biểu diễn chung cho cả PAL và NTSC với C
R
= 0,71(R-
Y) và C
B
= 0,564(B-Y ). Tần số lấy mẫu tín hiệu chói đợc chọn chung, bằng
5
bội số nguyên của tần số dòng cho cả hai hệ 625 dòng & 525 dòng. Tần số lấy
mẫu của tín hiệu chói Y:
f
Sa luminance
= 858 f
h 525
= 864f
h 625
= 13,5 MHz.
Tần số lấy mẫu tín hiệu màu tuỳ thuộc theo chuẩn lấy mẫu, biểu thị tỷ lệ
lấy mẫu giữa các tín hiệu thành phần Y, C
R
và C
B
. Cấu trúc lấy mẫu trực giao
các tín hiệu Y, C
R,
C
B
theo chuẩn lấy mẫu 4:4:4 ; 4:2:2 ; 4:2:0 ; 4:1:1. Cấu trúc
này đợc mô tả ở hình vẽ dới. [3]
6
Hình 1.2. Các chuẩn lấy mẫu tín hiệu số
Trong tiêu chuẩn này, các mẫu đợc lợng tử và biểu diễn bằng 8 bit hoặc
10 bit/mẫu. Lợng tử hoá 8 bit ta có 256 mức lợng tử và 10 bit là 1024 mức lợng
tử, các mức này đợc qui định khoảng bảo vệ cần thiết phù hợp với từng thành
phần tín hiệu video.
Tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn lấy mẫu 4: 2: 2 (PAL)
Khi lấy mẫu 10 bit: (864 + 432+ 432) ì 625 ì25ì10 = 270 (Mbit/s)
Với hệ PAL 625 dòng: có 576 dòng tích cực, mỗi dòng tín hiệu chói đợc biểu
diễn bằng 720 mẫu ta có tốc độ dòng dữ liệu tích cực theo chuẩn lấy mẫu 4: 2:
2. [3]
Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 360+ 360) ì576 ì25ì 8 = 166 (Mbit/s)
Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 360+ 360) ì576 ì25ì10 = 207 (Mbit/s)
Chuẩn 4:2:2 cho chất lợng hình ảnh cao nên đợc sử dụng là chuẩn trong
sản xuất chơng trình (Studio), chuẩn 4:1:1 có chất lợng màu kém hơn so với
4:2:2 nhng có tốc độ bit thấp hơn nên đợc sử dụng làm các chơng trình thời sự,
khoa học giáo dục Trong công đoạn phát sóng sử dụng chuẩn 4:2:0, chất l-
ợng hình khi phát sóng tơng đơng với sử dụng thiết bị Betacam Analog.
Tuy nhiên tốc độ bit lớn sẽ đòi hỏi bộ nhớ lớn khi lu trữ và dải thông
rộng khi truyền dẫn. Do đó cần phải nén dòng bit video, tức là cần phải biểu
diễn dòng bit video với tốc độ bit thấp hơn mà chất lợng hình ảnh không bị suy
giảm hoặc suy giảm ở mức chấp nhận đợc.
b. Cấu trúc lấy mẫu.
7
Để khôi phục chính xác hình ảnh thì tần số lấy mẫu phải là bội của tần
số dòng. Khi này, điểm lấy mẫu trên các dòng quét kề nhau sẽ thẳng hàng với
nhau và tránh đợc các méo đờng biên gây ra.
Nh vậy, việc lấy mẫu không những phụ thuộc theo thời gian mà còn phụ
thuộc vào toạ độ các điểm lấy mẫu. Có 3 dạng liên kết vị trí các điểm lấy mẫu
đợc sử dụng phổ biến cho cấu trúc lấy mẫu tín hiệu video:
Cấu trúc trực giao.
Cấu trúc quincunx mành.
Cấu trúc quincunx dòng.
1.4.2. Lợng tử hoá
a. Khái niệm
Lợng tử hoá là bớc tiếp theo trong quá trình biến đổi AD, là quá trình
mà biên độ tín hiệu đợc chia thành các mức- gọi là mức lợng tử, khoảng cách
giữa hai mức lợng tử kề nhau đợc gọi là bớc lợng tử.
Số giá trị lợng tử Q đợc xác định theo biểu thức:
N
Q 2
=
(2.4)
N là số bit biểu diễn mỗi mẫu.
Tín hiệu số nhận đợc là một giá trị xấp xỉ của tín hiệu ban đầu bởi vì tất
cả các giá trị nằm trong một mức lợng tử đều có một giá trị nh nhau- đó chính
là mức lợng tử Q.
Biên độ
Mức lượng tử
Q
Q
Q
Q
Q
Q
n+5
n+4
n+3
n+2
n+1
n
Thời gian
T T T T T T T T
Q
Lỗi lư
ợng tử
Các mẫu
Hình 1.3: Quá trình lượng tử hoá
8
Quá trình lợng tử hóa gây ra sai số lợng tử, đây là một nguồn nhiễu
không thể tránh khỏi trong các hệ thống số, nhiều trờng hợp nó ảnh hởng
nghiêm trọng đến độ chính xác và tin cậy của tín hiệu.
Biểu thức sai số lợng tử có dạng là:
e
q
= x - Q(x)
trong đó:
e
q
: là sai số lợng tử.
x: là giá trị các mẫu tín hiệu trớc khi lợng tử.
Q(x): là giá trị các mẫu tín hiệu sau khi lợng tử.
e
q
phụ thuộc vào tính thống kê của tín hiệu đầu vào và độ rộng các bớc
lợng tử.
Theo định nghĩa sai số trung bình bình phơng (MSE) ta có
[ ]
xx
N
i
d
q
dxfxQxMSE
i
d
i
)()(
1
2
1
=
=
+
=
12
2
Trong lợng tử hoá tuyến tính, giả sử các lỗi có phân bố đều
Giá trị căn bình phơng trung bình của e
q
:
12
=
RMS
Trong đó d
i
(i=1 N) là giá trị lợng tử, : bớc lợng tử, f
x
(x) là xác suất
lỗi
Tỉ số tín hiệu đỉnh trên nhiễu lợng tử của bộ lợng tử tuyến tính có lỗi
phân bố đều có giá trị tính theo biểu thức:
08,10.02,6
122
lg20
+=
=
n
Q
S
n
RMS
Với nguồn tín hiệu video có phân bố ngẫu nhiên thì sai số lợng tử phụ
thuộc vào số bit biểu diễn mẫu, khoảng cách giữa các bớc lợng tử, tính thống
kê của nguồn tín hiệu.
Sai số lợng tử (e
q
) là một nguồn nhiễu (nhiễu lợng tử) không thể tránh
khỏi trong hệ thống số. Với các ứng dụng trong truyền hình ngời ta sử dụng l-
ợng tử hoá 8 bit, 10 bit hoặc 12 bit. Hầu hết các thiết bị có chất lợng cao đều
sử dụng lợng tử hoá 10 bit/mẫu ( 2
10
= 1024 mức lợng tử ) từ 0 đến 1023 (từ
9
000 đến 3FF trong hệ HEX). Các mức 000, 001, 002, 003 và 3FC, 3FD, 3FE,
3FF đợc dùng làm khoảng dự phòng mức dới và trên của tín hiệu video, các
mức còn lại để lợng tử tín hiệu video tích cực.
Méo lợng tử phụ thuộc vào số mức lợng tử. Đối với tín hiệu video, méo
lợng tử xuất hiện ở hai dạng chính: Hiệu ứng đờng viền và nhiễu hạt ngẫu
nhiên.
Hiệu ứng đờng viền xuất hiện ở những vùng có độ sáng thay đổi chậm
và đều theo chiều ngang, khi đó có những sọc với độ sáng cố định chia thành
nhiều đờng rõ nét theo chiều đứng nh đờng biên. Nếu tăng số mức lợng tử,
hiệu ứng đờng viền sẽ giảm, khi sử dụng từ mã 8 bit để biểu diễn màu, hiệu
ứng đờng viền hầu nh không xuất hiện.
Hiệu ứng hạt là loại nhiễu có dạng nh sơng mù xuất hiện ở vùng ảnh
rộng và có độ sáng đồng đều.
b. Phân loại
Có hai phơng pháp lợng tử hoá là:
Lợng tử hoá tuyến tính có các bớc lợng tử Q bằng nhau.
Lợng tử hoá phi tuyến có các bớc lợng tử Q khác nhau.
1.4.3. Mã hoá
a. Khái quát
Mã hoá là khâu cuối cùng trong biến đổi AD, là quá trình biến đổi cấu
trúc nguồn tín hiệu mà không làm thay đổi tin tức, mục đích là cải thiện các
chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống truyền tin. Dữ liệu sau mã hoá có nhiều u điểm:
Tính chống nhiễu cao hơn, tốc độ hình thành tơng đơng khả năng thông qua
của kênh.
Quá trình mã hoá biến đổi các mức lợng tử hoá thành chuỗi các bit 0,
1. Độ dài của dãy tín hiệu nhị phân này (gọi là từ mã nhị phân) đợc tính
bằng số lợng các con số 0, 1 là một trong các chỉ tiêu chất lợng của kỹ
thuật số hoá tín hiệu, nó phản ánh mức sáng, tối, màu sắc của hình ảnh đợc ghi
nhận và biến đổi. Về nguyên tắc, độ dài dãy nhị phân này càng lớn thì độ phân
giải tín hiệu càng cao, độ phân giải hiện nay là 8 bit/ mẫu.
10
Phân loại các mã trong truyền hình số:
Các mã để mã hoá tín hiệu truyền hình.
Các mã để truyền có hiệu quả cao qua kênh thông tin.
Các mã để thuận tiện cho việc giải mã và đồng bộ bên thu.
Các mã xử lý số tín hiệu trong các phần khác nhau của hệ thống
truyền hình số.
Về cấu trúc toán học, ta có các loại mã:
- Mã hóa sơ cấp.
- Mã hóa hiệu chỉnh.
b. Các đặc tính cơ bản của mã
Quá trình biến đổi các giá trị lợng tử hoá của tín hiệu thành tổ hợp các
tín hiệu khác nhau gọi là sự mã hoá, còn các nhóm ký hiệu thông tin cách
điểm mã hoá gọi là mã.
Các mã mà các tổ hợp của nó bao gồm một số các ký hiệu nh nhau gọi
là mã đều đặn, còn các mã mà các tổ hợp của nó bao gồm một số các ký hiệu
khác nhau gọi là mã không đều đặn.
Lý thuyết mã có hai hớng nghiên cứu để khắc phục độ d tín hiệu truyền
hình:
Nghiên cứu các cấu trúc mã nâng cao độ chính xác của việc truyền
theo kênh thông tin có nhiễu (mã chống sai số, mã hiệu chỉnh ).
Nghiên cứu các mã làm triệt tiêu độ d của tín hiệu đã mã hoá trong
kênh chống nhiễu (nén tín hiệu).
Để phục vụ các yêu cầu về ghi, truyền tín hiệu video, mã hoá đợc sử
dụng trong các trờng hợp:
Mã hoá sơ cấp: Dùng để tạo tín hiệu số ở studio.
Mã bảo vệ và sửa sai: Tăng khả năng chịu đựng của tín hiệu trong
kênh có nhiễu.
Mã truyền tuyến tính: Tăng khả năng truyền dẫn.
Ban đầu, tất của các tín hiệu video số đợc mã hoá sơ cấp, sau đó là mã
hoá chuyển đổi. Mã sơ cấp là mã cơ sở mà từ đó hình thành mã bảo vệ.
1.5. Giảm tốc độ bit trong truyền hình
11
Nếu sử dụng PCM tuyến tính để biến đổi số tín hiệu Video tơng tự thì
tốc độ bit sẽ tăng rất cao và do đó thiết bị Video số cũng nh thiết bị truyền dẫn
số cần phải có dải thông rất lớn so với trờng hợp tín hiệu Video tơng tự.
Trong truyền hình số ngời ta thờng lấy tỷ lệ tần số lấy mẫu tín hiệu chói
và tần số lấy mẫu tín hiệu số màu để đánh giá chất lợng hình ảnh.
sY
:
sc:R-Y
:
sc:B-Y
4 : 4 : 4 cht lng cao nht
4 : 2 : 2 cht lng cao
4 : 1 : 1 cht lng trung bỡnh
2 : 1 : 1 (dựng cho thoi truyn hỡnh )
Việc giảm tốc độ bit dựa vào các yếu tố sau:
+ Nguồn tín hiệu Video đợc xem nh nguồn có nhớ. Các thông tin đợc
truyền trên hai dòng kề nhau chỉ khác nhau rất ít và đợc xem là giống nhau.
Nó cũng đúng cho cả hai mành (nửa mành) và 2 ảnh kề nhau. Hay nói cách
khác: Một số thông tin nhất định trong tín hiệu Video có thể đợc khôi phục
lại ở đầu thu mà không cần truyền đi nó.
+ Dựa vào những đặc điểm sinh lý của mắt ngời: độ nhạy của mắt, các
đặc điểm về phổ của mắt, khả năng phân biệt của mắt, độ lu 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
d 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
12
Trong đó: PCM đòi hỏi tốc độ bit cao. DPCM sử dụng đặc trng thống kê
ảnh và tín hiệu Video và cũng nh đặc điểm của mắt ngời cho phép làm
giảm tốc độ bit nên trong truyền hình số ngời ta thờng dùng phơng pháp
điều chế xung mã vi sai hơn cả.
1.6. Phơng thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số
Truyền hình quảng bá tiết kiệm đợc 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 đợc trên 6 chơng trình và mỗi chơng trình có thể kèm theo 2 đến
4 đờng tiếng. ứng dụng kỹ thuật truyền hình số có nén có thể truyền một ch-
ơng trình truyền hình độ phân giải cao HDTV trên một kênh thông thờng có
băng thông (6-8)MHz, điều mà kỹ thuật tơng tự không thể giải quyết đợc.
Truyền hình số có nén đợc sử dụng rộng rãi cho nhiều cấp chất lợng
khác nhau. Từ S DTV có chất lợng tiêu chuẩn đến HDTV có chất lợng cao với
tốc độ bit từ 5 24 Mb/s, đợc 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).
Chơng trình quảng bá truyền hình số (digital video broadcasting DVB)
chủ yếu sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG-2, nó có phơng thức sửa mã sai; căn cứ
vào các chơng trình Multimedia, sẽ chọn lựa các phơng thức điều chế tơng ứng
và biên mã của các đờng thông tin.
Hiện nay có ba tiêu chuẩn truyền hình số là DVB (Châu âu), ATSC
(Mỹ), ISDB-T (Nhật), trong đó DVB tỏ ra có nhiều u điểm và có khoảng 84%
số nớc trên thế giới trong đó có Việt Nam lựa chọn sử dụng.
Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB đợc mô tả nh hình vẽ dới đây:
13
Truyn a
chng trỡnh
Mó hoỏ u
cui cỏp
iu ch
QAM
Truyn a
chng trỡnh
Mó hoỏ
kờnh
iu ch
QPSK
Truyn a
chng trỡnh
Mó hoỏ
kờnh
iu ch
COFDM
Ghộp
kờnh
chng
trỡnh
Dũng chng
trỡnh 1
Dũng chng
trỡnh 2
Dũng chng
trỡnh n
Truy cp cú
iu kin
n mng
cỏp
n v
tinh
n mỏy
phỏt súng
trm mt
t
Hỡnh 1.4: Mụ hỡnh h thng truyn dn 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 đợc tổ
chức và phân chia thành một số hệ thống, cụ thể là hệ thống quảng bá truyền
hình số vệ tinh DVB-S; hệ thống quảng bá truyền hình số cáp DVB-C (Cable);
hệ thống quảng bá truyền hình số vi ba DVB-M (Microwave); hệ thống quảng
bá truyền hình số mặt đất DVB-T (Terrestrial); hệ thống truyền hình số theo
mạng tơng tác DVB-I (Interact); hệ thống truyền hình số hệ thống cộng đồng
DVB-CS (Community System) .
1.6.1. Hệ thống quảng bá truyền hình số qua cáp DVB-C
DVB-C: Hệ thống truyền dẫn qua cáp sử dụng độ rộng kênh truyền 7-
8MHz, điều chế QAM với 64 trạng thái, tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền
MPEG-2 là 38,1 Mb/s.
Trong mạng truyền hình hữu tuyến do tín hiệu hình ảnh đợc truyền tải trên
đờng dây cáp đồng trục nên nó ít bị can nhiễu bên ngoài. Trong các nguyên tắc
DVB đã quy định sử dụng các phơng thức điều chế QAM, căm cứ vào trạng
thái môi trờng truyền tải có thể sử dụng các tốc độ điều chế khác nhau nh 16-
QAM; 128-QAM; 256-QAM.
14
Mỏy thu v
tinh s
Mỏy thu v
tinh s
Mỏy thu v
tinh s
B gii iu
ch s
B gii iu
ch s
B gii iu
ch s
B trn
Mỏy phỏt
Mng hu
tuyn
Tớn hiu
t v tinh
Tớn hiu
t v tinh
Tớn hiu
t v tinh
Hỡnh 1.5. S khi h thng truyn hỡnh s qua c ỏp
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét