Download miễn phí Đồ án Truyền hình số qua vệ tinh
MỤC LỤC
Lời nói đầu 1
phần I. truyền hình tương tự 2
I. Cơ sở lý thuyết truyền hình 2
I.1 Hệ thống truyền hình: 2
I.2 Nguyên lý hệ thống truyền hình: 3
I.3 Quá trình quét: 4
I.4 Số ảnh Truyền trong một giấy và tín hiệu video 5
I.5.Hình dạng tín hiệu video: 6
I.5.1.Tín hiệu vi deo. 6
I.5.2 Tín hiệu đồng bộ 6
I.5.3 Phổ tín hiệu video: 6
II. Truyền hình mầu 7
II.1 Khái niệm tổng quát về nguyên lý truyền hình mầu 7
II.2 Tính tương hợp giữa truyền hình mầu và truyền hình đen trắng. 7
II.3.1 ánh sáng và mầu sắc: 8
II.3.2 Chọn ba mầu cơ bản: 8
II. 3.3 Ba yếu tố để xác định một sắc mầu. 9
II.3.4 tách mầu: 9
II.3.5 Trộn mầu: 9
II.3.6 Các định luật cơ bản về trộn mầu: 10
II. 4 Các thông số cơ bản của tín hiệu vô tuyến truyền hình: 10
II.4.1 Tín hiệu truyền hình mầu toàn phần PaL D/K 10
II.4.2 Các thông số của tín hiệu mầu: 10
II.4.2.1 Tín hiệu chói EY (Lumirace Signal) 11
II.4.2.2 Các tín hiệu mầu (Color dibberence Signal) 11
II.4.2.3 Sóng mang phụ truyền tín hiệu hiện mầu: 13
II.4.2.4 Tín hiệu xung đồng bộ mầu: 13
II.5 Một số hệ truyền hình mầu chỉnh được sử dụng trên thế giới hiện nay 14
II.5.1 Hệ truyền hình mầu NTSC (National television Sýtem Committee – Tổ chức hệ thống truyền hình quốc gia) 14
II.5.1.1 Hệ này có các đặc điểm chính sau: 14
II.5.1.2 Dùng đồ thị véc tơ mầu để giải thích tín hiệu mầu EI và EQ 15
II. 5.1.3 Sơ đồ khối mạch tạo mã mầu phía phát 16
II.5.1.4 Sơ đồ khối mạch giải mã mầu ở phía thu 17
II.5.2 Hệ truyền hình mầu PaL (Pluse Alterntion line: pha thay đổi theo dòng) 18
II.5.2.1 Dùng đồ thị véc tơ mầu để giải thích nguyên lý sửa méo pha trong hệ PaL 18
II.5.2.2 Sơ đồ khối mạch tạo mã mầu hệ PaL phía phát 20
II.5.2.3 Sơ đồ khối mạch phải giải mã mầu hệ PaL phía thu 21
II.5.2.4 Hệ PaL có các đặc điểm chính sau: 21
II.5.3 Hệ truyền hình mầu Secam 22
II.5.3.1 Tín hiệu mầu và phương pháp điều chế: 22
II.5.3.2 Tiền nhấn tần cao ở phía phát và giải nhấn tân cao ở phía thu 23
II.5.3.3 Sơ đồ khối mạch tạo mã mầu hệ Secam Error! Bookmark not defined.
II.5.3.5 Một vài đặc điểm chính hệ Secam 26
Phần II. Truyền hình số 28
I.Giới thiệu chung. 28
I.1.Đặc điểm của truyền hình số: 30
1.1.Yêu cầu về băng tần. 30
1.2.Tỷ lệ tín hiệu tạp âm (SignallNoise). 30
1.3.Méo phi tuyến. 31
1.4.Chồng phổ (Aliasing). 31
1.5.Xử lý tín hiệu 31
1.6.Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh. 31
1.7.Hiện tượng Ghosts (bóng ma) 31
I.2.Sơ đồ khối hệ thống thu phát hình số. 32
I.3.Nguyên lý hoạt động. 32
II.Số hoá tín hiệu truyền hình. 33
II.1. Mở đầu. 33
II.2.Biến đổi tương tự sang số. 33
III.Cơ sở biến đổi tín hiệu truyền hình. 33
III.1.Biến đổi tín hiệu Video. 33
III.2.Tần số lấy mẫu tín hiệu Video. 34
III.2.1.Tín hiệu Video tổng hợp. 34
III.2.2.Tín hiệu Video thành phần. 35
III.2.3.Cấu trúc mẫu (sample) 37
III.2.3.1.Cấu trúc trực giao. 37
III.2.3.2.Cấu trúc “quincunx” mành. 38
III.2.3.3.Cấu trúc “quinncunx” dòng. 38
II.2.4. Các chuẩn lấy mẫu tín hiệu Video. 39
III.2.4.2.Chuẩn 4:2:2. 40
III.2.4.3.Chuẩn 4:2:0. 41
I.Mục đích nén. 42
II.Thực chất của nén Video. 42
II.1.Mô hình nén ảnh. 43
II.2. Độ dư thừa dữ liệu. 44
II.2.1.Dư thừa mã (Coding Redundancy). 45
II.22.Dư thừa trong pixel (Interpixel Redundancy). 45
II.2.3.Dư thừa tâm sinh lý. 45
III.Các phương pháp nén. 46
III.1.Nén không tổn hao. 46
III.1.1.Mã hóa với độ dài từ mã thay đổi (VLC) 46
III.1.2.Mã hoá với độ dài của từ mã động (RLC) 46
III.1.3.Sử dụng khoảng xoá dòng và mành. 46
II.1.4.Biến đổi cosin rời rạc (DCT) 46
III.2.Nén có tổn hao. 47
IV.Các loại mã dùng trong nén. 47
I.1.Mã RLC (Run – length Coding). 47
II.2.Mã Shannon-Fano. 48
II.3.Mã Huffman. 48
III.4.Mã đoán (DPCM) 48
II.4.1.DPCM trong mành (intraframe DPCM). 49
III.4.2. DPCM giữa các mành. 49
III.5.Mã chuyển vị (Transform Coding). 51
V.Nén trong ảnh. 53
1.Nguyên lý nén trong ảnh. 53
2.Tiền xử lý. 53
3.Biến đổi cosin rời rạc (DCT). 54
4.Lượng tử hoá. 55
5.Mã hoá entropy. 56
VI.Nén liên ảnh. 57
1.Mô hình. 57
2 Xấp xỉ và bù chuyển động. 57
3.Tốc độ truyền sau khi nén. 59
VII. Các chuẩn MPEG 60
1. Giới thiệu chung về chuẩn MPEG. 60
1.1. Ảnh loại I ( Inta-picture). 60
1.2. Ảnh loại P (Predicted - Picture). 60
1.3. Ảnh loại B (Bidiretional Predcited-picture). 60
1.4 Nhóm ảnh (GOP). 61
1.5 Cấu trúc dòng bít MPEG video. 62
1.6. Nguyên lý nén dòng bít. 64
2. Tiêu chuẩn MPEG-1. 65
3. Tiêu chuẩn MPEG-2 65
I. Khái niệm âm thanh. 66
II. Phát tín hiệu âm thanh. 66
II.1.1. Sơ đồ khối máy phát tín hiệu âm thanh. 66
II.1.2. Chức năng từng khối. 67
II.2. Sáu chỉ tiêu chất lượng cho máy phát tín hiệu âm thanh. 67
II.2.1. Độ ổn định tần số. 67
II.2.2. Méo tần số: 68
II.2.3. Méo phi tuyến: 68
II.2.4. Độ sâu điều chế: 68
II.2.5. Mức bức xạ sóng dài: 68
II.2.6. Mức tạp âm có tiếng ù: 68
II.3.Nguyên lý ghi âm 69
II.3.1. Các phương pháp ghi âm . 69
II.3.2 Các chi tiêu chất lượng của máy ghi âm . 69
II.3.3. Nhược điểm của các phương pháp ghi tín hiệu âm thanh tương tự 71
III. Khái niệm cơ bản của audio số. 71
III.1. Mã hoá kênh truyền. 72
III.2. Đặc điểm của tín hiệu số liệu AES/EBU 72
III.3. Các đặc điểm giao diện kênh chuẩn AES/EBU. 73
III.4. Giải mã và ghép kênh tín hiệu AES/EBU. 73
III.5. Đồng bộ audio số 74
III.5.1.Đồng bộ giữa các tín hiệu audio số 74
III.5.2. Đồng bộ giữa tín hiệu audio số và tín hiệu video. 75
III.5.3 Ghi audio số 75
III.6. Cơ sở về nén audio. 76
III.6.1. Khái niệm kỹ thuật nén số liệu audio. 76
III.6.2. Kỹ thụt nén số liệu audio 77
III.7. Nén tín hiệu audio theo chuẩn MPEG 78
III.7.1. Tiêu chuẩn nén MPEG – 1 ( BO/LEC 11172) 78
III.7.2. Thuật toán nén tín hiệu audio MPEG bao gồm các bước sau: 79
III.7.3. Ứng dụng và đặc điểm của 3 mức tiêu chuẩn MPEG 81
III .7.5. Ưu điểm của hai tiêu chuẩn MPEG 83
Kết luận 84
Loại bỏ được những điều phiền phức gây nên bởi tình trạng đa hệ truyền hình tương tự.
Tóm lại, tần số lấy mẫu đáp ứng được những yêu cầu trên đã được các tổ chức phát thanh truyền hình (SMPTE, EBU, CCIR) thống nhất lựa chọn là:
FSa= 13,5 MHz chung cho cả hai tiêu chuẩn 525 và 625 dòng. Cả hai tiêu chuẩn sử dụng chung cùng một tần số lấy mẫu, cùng một lượng mẫu trong thời gian tích cực của một dòng.
Thời gian một dòng của hai hệ 625 và 525 bằng 64 ms và 63,56 ms (hệ 625 có thời gian lớn hơn), trong khi thời gian tích cực của một dòng trong hệ 625 là 52 ms. Nếu cả hai hệ đều lấy thời gian tích cực bằng 52 ms, thời gian xoá dòng tương ứng với từng hệ là 12 ms và 11,59 ms thông số cơ bản đối với mỗi hệ là:
Tổng số mẫu mỗi dòng:
Hệ 625 dòng: 64 x 13,5 =864 mẫu.
Hệ 525 dòng: 63,56 x 13,5 = 858 mẫu
Số mẫu trong thời gian tích cực của mỗi dòng:
Hệ số 625 dòng: 52 x 13,5 = 702mẫu
Hệ 525 dòng : 52 x 13,5 = 702 mẫu
Số mẫu trong thời gian xoá dòng:
Hệ 625 dòng : 12 x 13,5 = 162 mẫu
Hệ 525 dòng : 11,56 x 13,5 = 156 mẫu.
III.2.3.Cấu trúc mẫu (sample)
Tín hiệu hình ảnh từ camera và được hiển thị trên ảnh hình chứa thông tin về đồng bộ theo mành và dòng, đó là ảnh hai chiều. Vì vậy để khôi phục chính xác ảnh, tần số lấy mẫu phải có liên quan đến tần số dòng. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, tần số lấy mẫu phải là bội số của tần số dòng. Khi đó điểm lấy mẫu trên các dòng quét sẽ thẳng hàng với nhau, do đó tránh được các hiệu ứng méo đường biên.
Như vậy, việc lấy mẫu không những phụ thuộc vào thời gian mà còn phụ thuộc vào toạ độ các điểm lấy mẫu. Vị trí các điểm lấy mẫu hay cấu trúc lấy mẫu được xác định theo thời gian, theo các dòng và theo các mành. Hàm lấy mẫu có thể biến đổi dạng xq(t,x,y). Tần số lấy mẫu phù hợp với cấu trúc lấy mẫu sẽ cho phép khôi phục hình ảnh tốt nhất. Vì vậy tần số lấy mẫu phải thích hợp theo cả 3 chiều t,x,y. Tuy nhiên, trong các cấu trúc lấy mẫu phổ biến, ta chỉ xét các mẫu theo 2 chiều x,y. Có 3 dạng cấu trúc được dùng phổ biến cho tín hiệu Video:
III.2.3.1.Cấu trúc trực giao.
Các mẫu được sắp xếp trên các dòng kề nhau thẳng hàng theo chiều đứng. Cấu trúc này cố định theo mành và theo ảnh (hai mành). Trong trường hợp này tần số lấy mẫu thoả mãn định lý Nyquist do đó tốc độ bit rất lớn được sử dụng.
Dòng 1, mành 2
Dòng 2, mành 2
Dòng 2, mành 1
Dòng 1, mành 1
Hình II.2 Cấu trúc trực giao
III.2.3.2.Cấu trúc “quincunx” mành.
Đối với cấu trúc quincunx mành, các mẫu trên các dòng kề nhau thuộc một mành xếp thẳng hàng theo chiều đứng (trực giao), nhưng các mẫu thuộc mành một lại dịch đi nữa chu kỳ lấy mẫu so với các mẫu của mành thứ hai.
Dòng 1, mành 2
Dòng 2, mành 2
Dòng 2, mành 1
Dòng 1, mành 1
Hình II.3. Cấu trúc quinncunx mành
Phân bố phổ tần cấu trúc quinncunx mành rất có ý nghĩa với mành 1, nó cho phép giảm tần số lấy mẫu theo dòng. Phổ tần của cấu trúc nói trên của mành 2 so với phổ của mành 1 bị dịch đi và có thể lồng với phổ tần cơ bản, gây ra méo ở các chi tiết ảnh (khi hình ảnh có các sọc đứng).
III.2.3.3.Cấu trúc “quinncunx” dòng.
Các mẫu trên các dòng kề nhau của một mành sẽ lệch nhau nửa chu kỳ lấy mẫu, còn các mẫu trên một dòng của mành 1 sẽ lệch so với mẫu của dòng tiếp theo của mành 2 một nửa chu kỳ lấy mẫu.
ở đây không xảy ra trường hợp lồng phổ biên với phổ chính và không bị méo. Điều đó cho phép sử dụng tần số lấy mẫu nhỏ hơn 25% tần số Nyquist, và tiết kiệm được phổ biến của tín hiệu số.
Dòng 1, mành 2
Dòng 2, mành 2
Dòng 2, mành 1
Dòng 1, mành 1
Hình II.4. Cấu trúc quincunx dòng.
Tuỳ theo cấu trúc lấy mẫu, sẽ xuất hiện méo ảnh đặc trưng. Đối với cấu trúc trực giao, độ phân giải của ảnh sẽ giảm. Đối với cấu trúc quincunx mành sẽ xuất hiện nhấp nháy các điểm ảnh.Ngược lại cấu trúc quincunx dòng sẽ xuất hiện các vòng tròn theo chiều ngang (méo đường biên). Tóm lại cấu trúc trực giao cho chất lượng ảnh cáo nhất, vì đối với mắt người thì độ phân giải thấp dễ chịu hơn là hai loại méo nêu trên.
II.2.4. Các chuẩn lấy mẫu tín hiệu Video.
Quá trình lấy mẫu là bước đầu tiên của việc số hoá tín hiệu Video , trước hết ta tìm hiểu về một vài tiêu chuẩn lấy mẫu. Có nhiều tiêu chuẩn Video số thành phần, điểm khác nhau cơ bản giữa chúng ở tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu và phương pháp lấy mẫu tín hiệu chói và các tín hiệu màu, trong đó bao gồm: tiêu chuẩn 4:4:4, 4:2:2, 4:4:0, 4:1:1. Dưới đây ta xét cách từng chuẩn. Tốc độ lấy mẫu dựa trên cơ sở tần số chuẩn là 3,375 MHz.
III.2.4.1.Chuẩn 4:4:4
Mẫu tín hiệu chỉ được lấy đối với các phần tử tích cực của tín hiệu Video . Với hệ PAL, mà hình được chia làm 625 x 720 điểm (pixel).
Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y
Điểm lấy mẫu màu đỏ CR
Điểm lấy mẫu màu lam CB
Hình II.5. Tiêu chuẩn 4:4:4.
Các tín hiệu chói (Y), tín hiệu hiệu màu (CR, CB) được lấy mẫu tại tất cả các điểm lấy mẫu trên dòng tích cực của tín hiệu Video. Cấu trúc lấy mẫu là cấu trúc trực giao, ví trị lấy mẫu như trình bày trong hình vẽ trên đây:
Tiêu chuẩn 4:4:4 có khả năng khôi phục hình ảnh chất lượng tốt nhất trong các tiêu chuẩn, thuận tiện cho việc xử lý tín hiệu. Tiêu chuẩn này có thể dùng trong trường hợp xử lý tín hiệu chói và tín hiệu màu RGB. Nó có thể được dùng trong studio nhằm rời rạc hoá tín hiệu. Tuy nhiên tiêu chuẩn này sẽ đòi hỏi tốc độ bit rất cao. Các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế đã thống nhất về chỉ tiêu tần số lấy mẫu cho truyền hình số theo tiêu chuẩn này với tên gọi là CCIR-601.
Với chuẩn 4:4:4 tốc độ dòng dữ liệu (ví dụ cho hệ PAL) được tính như sau:
*Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 720 + 720) x 576 x 8 x 25 = 249 Mbit/s
*Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 720 + 720) x 576 x 10 x 25 = 311 Mbit/s
III.2.4.2.Chuẩn 4:2:2.
Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y
Điểm lấy mẫu màu đỏ CR
Điểm lấy mẫu màu lam CB
Hình II.6. Tiêu chuẩn 4:2:2.
Điểm đầu lấy mẫu toàn bộ ba tín hiệu : chói (Y) và hiệu màu (CR, CB)
Điểm kế tiếo chỉ lấy mẫu tín hiệu chói Y, còn hai tín hiệu hiệu màu không lấy mẫu. Khi giải mã màu suy ra từ màu của điểm ảnh trước.
Điểm sau nữa là lấy mẫu đủ ba tín hiệu Y, CR, CB
Tuần tự như thế, cứ 4 lần lấy mẫu tín hiệu chói Y, thì hai lần lấy mẫu CR, hai lần lấy mẫu CB tạo nên cơ cấu 4:2:2.
Đối với hệ PAL tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn này được tính như sau:
*Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 360 + 360) x 576 x 8 x 25 = 166 Mbit/s
*Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 360 + 360) x 576 x 10 x 25 = 207 Mbit/s
Tiêu chuẩn 4:2:2 là tiêu chuẩn cơ bản của truyền hình số. Chất lượng hình ảnh của tiêu chuẩn này cao hơn sau tiêu chuẩn 4:4:4. Nó cho phép xử lý tín hiệu một cách thuận lợi.
III.2.4.3.Chuẩn 4:2:0.
LELc27I90e48FLL
