Download miễn phí Đồ án Xử lý tín hiệu truyền hình số
LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 2
I. Giới thiệu chung về hệ thống truyền hình 2
I.1. Kỹ thuật truyền hình 2
I.2. Sơ đồ tổng quát 2
I.3. Nguyên lý làm việc 2
I.4. Quá trình phát triển của kỹ thuật truyền hình 3
II. HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ: 3
II.1. Sơ đồ tổng quát 4
II.2. Nguyên lý làm việc 4
II.3. Đặc điểm của truyền hình số. 4
II.3.1. Yêu cầu về băng tần 4
II.3.2. Tỉ lệ tín hiệu/tạp âm (S/N) 5
II.3.3. Méo phi tuyến 5
II.3.4. Chồng phổ 5
II.3.5. Xử lý tín hiệu 5
II.3.6. Khoảng cách giữa các truyền hình đồng kênh 6
II.3.7. Ưu điểm của truyền hình số 6
III. Tình hình chuyển đổi từ công nghệ truyền hình tương tự sang số 6
IV. TƯƠNG LAI CỦA CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH 7
CHƯƠNG II : SỐ HOÁ TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH 8
I. CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU VIDEO 8
I.1. Tín hiệu VIDEO số tổng hợp 8
I.2. Tín hiệu video số thành phần: 8
II. Biến Đổi tín hiệu tương tự sang số 10
II.1. Lấy mẫu tín hiệu video 10
II.2. Lượng tử hoá tín hiệu video 12
II.3. Mã hoá 12
II.3.1. Khái quát 12
II.3.2. Các loại mã 13
III. BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU SỐ SANG TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ 14
IV. TIÊU CHUẨN SỐ HOÁ TÍN HIỆU VIDEO MÀU TỔNG HỢP 15
IV.1. Lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp 15
IV.1.1. Tiêu chuẩn 4fsc NTSC 17
IV.1.2. Tiêu chuẩn 4fSC PAL 20
V. TIÊU CHUẨN LẤY MẪU TÍN HIỆU VIDEO THÀNH PHẦN 23
V.1. Các tiêu chuẩn lấy mẫu 23
V.1.1. Tiêu chuẩn 4:4:4 23
V.1.2. Tiêu chuẩn 4:2:2 24
V.1.3. Tiêu chuẩn 4:2:0 25
V.1.4. Tiêu chuẩn 4:1:1 25
V.2. Lấy mẫu tín hiệu video thành phần 26
V.3. Thang lượng tử và các mức lượng tử. 27
V.4. Cấu trúc lấy mẫu 28
VI. GHÉP DÒNG SỐ LIỆU PHÂN CHIA THEO THỜI GIAN 28
VII. TÍN HIỆU CHUẨN THỜI GIAN 28
VIII. TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ CƠ BẢN 29
IX. TÍN HIỆU AUDIO SỐ 30
IX.1. Khái niệm cơ bản của Audio số 30
IX.2. Nguyên tắc chuyển đổi A/D 30
IX.2.1. Lấy mẫu lý tưởng 31
IX.2.2.Lấy mẫu thực tế 32
IX.2.3. Lượng tử hoá 33
IX.2.4. Mã hoá 33
X. GIAO DIỆN TÍN HIỆU AUDIO SỐ 33
XI. Giải mã và ghếp kênh tín hiệu AES/EBU 34
XII. Đồng bộ giữa các tín hiệu Audio số 34
CHƯƠNG III: NÉN TÍN HIỆU SỐ 36
Khái niệm chung 36
I.1. Định nghĩa : 36
I.2. Mục đích của nén tín hiệu số 36
I.3. Các thông số về nén 37
I.4 Bản chất của nén 37
II. Nén không tổn hao 39
II.1. Phân loại 39
II.2. Mã hoá VLC (Variable Length Coding) – Mã hoá Huffman 39
II.3. Mã hoá RLC (Run Length Coding) 39
III. Nén có tổn hao 40
III.1. Bộ biến đổi T (Transformer) 40
III.2. Lượng tử hoá Q (Quantizer) và bộ giải lượng tử hoá R 41
III.3. Mã hoá (Coder) và giải mã (Decoder) 42
III.3.1. Mã hoá dự đoán (Predictive Coding) 42
III.3.2. Mã hoá chuyển đổi (Transform Coding) 43
IV. Một số công nghệ nén 44
IV.1. Điều xung mã vi sai – DPCM 44
IV.1.1. DPCM trong mành (intraframe DPCM) 45
IV.1.2. DPCM giữa các mành (interframe DPCM) 47
IV.2. Phương pháp mã chuyển vị (Transform Coding) 48
IV.2.1. Xử lý giải tương hỗ trong công nghệ TC 48
IV.2.2. Biến đổi cosine rời rạc (Discrete cosine transform-DCT) 49
IV.2.3. Lượng tử hoá các hệ số DCT 50
IV.2.3.1. Đặc tính thị giác của mắt người 50
IV.2.3.2. Lượng tử hoá lấy mẫu từng vùng (Zonal sampling) 51
IV.2.3.3. Lượng tử hoá có trọng số 51
IV.2.4. Quét các hệ số DCT 51
IV.2.5. Mã hoá các hệ số DCT 52
IV.2.6. Hệ thống nén video theo công nghệ mã chuyển đổi 53
V. Các tiêu chuẩn nén 55
V.1. Tiêu chuẩn nén JPEC 55
V.1.1. Mục đích của JPEC 55
V.1.2. Mã hoá và giải mã JPEG 55
V.1.3. Phân cấp cấu trúc số liệu video 56
V.2. Tiêu chuẩn nén MPEG 57
V.2.1. Giới thiệu 57
V.2.2. Sự phân loại ảnh MPEG 57
V.2.2.1. ảnh I: (Intra - Coded Picture) 57
V.2.2.2. ảnh P ( Predictive Code Picture) 58
V.2.2.3. ảnh B (Bidirectionally Predicted Pictures) 58
V.2.3. Nhóm ảnh (GOP) 59
V.2.4. Cấu trúc dòng bit video MPEG 60
V.2.5. Nguyên lý nén MPEG 61
V.2.6. Tiêu chuẩn nén MPEG 1 63
V.2.7. Tiêu chuẩn nén MPEG 2 66
V.2.7.1. Cấu trúc dòng bit video MPEG-2 67
V.2.7.2. Đặc tính và mức 69
Nén Audio 70
I. Cơ sở của nén Audio 70
I.1. Mô hình tâm lý thính giác. 70
I.2. Sự che lấp tín hiệu Audio 70
I.3. Nén Audio theo tiêu chuẩn AC-3: 72
I.3.1. Giới thiệu: 72
I.3.2. Nén Audio theo chuẩn AC-3: 73
I.3.3. Các đặc tính của AC-3 : 78
CHƯƠNG IV: TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU SỐ 78
I. Hệ thống ghép kênh và truyền tải 79
I.1. Hệ thống truyền tín hiệu MPEG 2 79
I.2. Dòng dữ liệu đóng gói, dòng chương trình và dòng truyền tải 80
I.3. Ưu điểm của dòng truyền tải MPEG-2 82
II. Kỹ thuật điều chế và giải điều chế 83
II.1. Giới thiệu 83
II.2. Khoá dịch biên (ASK) 84
II.3. Khoá dịch pha (PSK) 85
II.4. Điều chế biên độ vuông góc (QAM) 87
III. Các cách truyền dẫn tín hiệu truyền hình số 88
III.1. Truyền hình cáp 89
III.2. Truyền hình số mặt đất 89
III.3. Truyền hình vệ tinh 90
KẾT LUẬN 90
Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.
Ketnooi -
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ketnooi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Kênh truyền dẫn hay lưu trữ
Giải nén (giải mã nguồn )
Truyền dẫn hay lưu trữ
Thu
Phát
Hình 3.1: Sơ đồ nén và giải nén
I.3. Các thông số về nén
Tỉ số nén.
Phần trăm nén.
Số bit / Symbol.
I.4 Bản chất của nén
Khác với nguồn dữ liệu một chiều như nguồn âm, đặc tuyến đa chiều của nguồn ảnh cho thấy nguồn ảnh chứa nhiều sự dư thừa hơn các nguồn thông tin khác. Đó là:
Sự dư thừa về mặt không gian (Spatial redundancy): Các điểm ảnh kề nhau trong một mành có nội dung gần giống nhau.
Sự dư thừa về mặt thời gian (Temporal redundancy): Các điểm ảnh có cùng một vị trí ở các mành kề nhau có nội dung rất giống nhau.
Sự dư thừa về mặt cảm nhận của con người: Mắt người nhạy cảm hơn với các thành phần tần số thấp và ít nhạy cảm với sự thay đổi nhanh tần số cao. Do vậy, có thể coi nguồn hình ảnh là nguồn có nhớ.
Nén ảnh thực chất là quá trình sử dụng các phép biến đổi để loại bỏ đi các dư thừa và loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn thông tin mới có lượng thông tin nhỏ hơn. Đồng thời sử dụng các dạng mã hoá có khả năng tận dụng xác suất xuất hiện của các mẫu sao cho số lượng bit sử dụng để mã hoá một lượng thông tin nhất định là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo được chất lượng theo yêu cầu.
Các thành phần thông tin:
Thông tin chứa trong một tín hiệu có thể chia làm hai thành phần chính:
+ Lượng tin hay entropy hay độ bất định.
+ Độ dư thừa.
Tuỳ theo nội dung của thông tin, phần entropy lại được chia làm hai phần:
+ Thông tin không phù hợp: Thông tin không có giá trị đối với hệ thống cảm thụ chủ quan của con người.
+ Thông tin cốt lõi tức là phần còn lại của entropy: Thông tin này có thể được chia thành nhiều phần nhỏ khác nhau tuỳ theo mức độ quan trọng đối với sự cảm thụ của con người.
Độ dư thừa entropy
Tín hiệu
Nén
entropy
Nén không tổn hao:
Nén có tổn hao:
Sau khi nén không tổn hao tín hiệu, kết quả được đem đi sàng lọc ra thông tin không phù hợp và thông tin cốt lõi, ta lại tiếp tục loại bỏ đi những thông tin không phù hợp.
Thông tin cốt lõi lại được tiếp tục được sàng lọc để phân loại ra thông tin quan trọng hơn và loại bỏ thông tin ít quan trọng hơn .
Với một mảng hình lớn (tần số thấp) thì quan trọng hơn những hình chi tiết (tần số cao).
Nén càng nhiều chất lượng thông tin càng giảm. Vì vậy tuỳ từng trường hợp vào chất lượng thông tin theo yêu cầu mà ta nén nhiều hay nén ít.
Cơ sở toán học
Nén không tổn hao:
+ Tốc độ bít : R = H + Є
R : Tốc độ bit
H : Entropy
Є : Một số dương rất nhỏ tiến dần về 0
Nén có tổn hao:
ã
ã
ã
Độ méo ∆
0
H
R
100% %
II. Nén không tổn hao
Nén không tổn hao hay mã hoá nguồn là quy trình biểu diễn các ký hiệu dòng bit nguồn thành dòng các từ mã (Codeword), mỗi từ mã gồm một số bit, sao cho giảm được tốc độ bit. Mã hoá có hiệu quả càng cao thì số bit trung bình dùng biểu diễn một ký hiệu càng tiến gần giá trị entropy.
II.1. Phân loại
Nén theo mô hình thống kê (Mã hoá Symbol (VLC + RLC)).
Nén theo mô hình từ điển (không dùng trong phát thanh và truyền hình).
II.2. Mã hoá VLC (Variable Length Coding) – Mã hoá Huffman
Trong các dạng mã hoá thì mã hoá Huffman là dạng được sử dụng phổ biến nhất. Bảng mã Huffman có thể cho độ dài trung bình để mã hoá cho một mẫu là nhỏ nhất do tận dụng được xác suất xuất hiện của các mẫu trong nguồn tín hiệu. Trong đó, mẫu có xác suất xuất hiện cao nhất sẽ được gắn với từ mã có độ dài ngắn nhất. Mặc dù có độ dài mã thay đổi song mã Huffman vẫn có khả năng giải mã đúng do có các thuộc tính tiền tố duy nhất (không có từ mã nào là phần đầu của từ mã tiếp theo).
Một Symbol (8 bit) có 256 Symbol khác nhau, có những Symbol xuất hiện nhiều, có những Symbol xuất hiện ít. Những Symbol xuất hiện nhiều thì gán cho từ mã có độ dài ngắn hơn những Symbol xuất hiện ít. Trong một dòng bit, lấy xác suất xuất hiện của các Symbol để gán từ mã, kết quả cho một dòng bit ngắn hơn nhưng vẫn đảm bảo được thông tin đầy đủ.
II.3. Mã hoá RLC (Run Length Coding)
Mã hoá RLC chính là các ký hiệu nguồn (hay là ký hiệu ở đầu ra của bộ lượng tử) có độ dài thay đổi được mã hoá thành các từ mã có độ dài cố định, tiếp tục mã hoá các từ mã này lần nữa bởi từ mã Huffman. Loại mã này được áp dụng nhiều trong các phương pháp ảnh tĩnh, nén Video.
Mã hoá RLC rất hiệu quả khi gặp một loạt các ký hiệu giống nhau (RUN) xuất hiện liên tiếp. Mỗi RUN được biểu diễn bằng một cặp (LEVEL, RUN).
Trong đó: LEVEL biểu thị giá trị một bit hay một ký hiệu.
RUN biểu thị số lần lặp lại của một bit hay một ký hiệu.
Các từ mã sau khi được mã hoá RLC thì lại được mã hoá VLC (mã hoá Huffman).
III. Nén có tổn hao
Nguyên lý nén và giải nén (mã hoá và giải mã) có tổn hao được mô tả như sau:
Biến đổi T
Lượng tử hoá Q
Mã hoá C
Dòng bit chưa nén
Dòng bit nén
Hệ thống nén có tổn hao
Giải mã D
Giải lượng tử R
Biến đổi ngược T-1
Dòng bit nén
Dòng bit chưa nén
Hệ thống giải nén có tổn hao
Hình3.2: Hệ thống nén và giải nén có tổn hao
III.1. Bộ biến đổi T (Transformer)
Bộ biến đổi T áp dụng cho một phép biến đổi 1-1 đối với số liệu đầu vào. ở đầu ra bộ biến đổi T thì có một cách biểu diễn số liệu thích hợp hơn để nén. Về phía giải nén, ta có bộ biến đổi ngược T –1 , với chức năng ngược một số phép biến đổi sau:
Biến đổi đoán tuyến tính (Linear Predictive Transform)
+ DPCM (Differrentral Pulse Code Modulation)
Bộ dự đoán
fn
+
-
Sai số đoán en=fn-f’n
Sai số đoán f’n=fn-1
+ Đánh giá bù chuyển động
Đây là dạng dự doán Inter có xét đến chuyển động của các vật thể trên ảnh khi nén Video. Ta lấy ảnh cũ gần giống ảnh mới đoán thay vì truyền ảnh chỉ truyền sai số đoán và vectơ chuyển động.
Biến đổi Unita (Unita Transform)
Biến đổi Unita là biến đổi tín hiệu số trong miền thời gian (tín hiệu Audio số) hay trong miền không gian 2D (ảnh tĩnh) thành các hệ số trong miền tần số. Biến đổi DCT là một trường hợp của biến đổi Unita.
Biến đổi DCT (Disscrete Cosine Transform) là dựa vào phép biến đổi Forrier để chuyển mảng ảnh từ không gian 2D sang miền tần số, để thấy được miền tần số cao ở đâu và tần số thấp ở đâu rồi sau đó loại bỏ tần số cao.
Biến đổi đa phân giải
Biến đổi đa phân giải là chia tín hiệu thành tập các tín hiệu con có độ phân giải khác nhau.
Một số biến đổi tiêu biểu :
+ Mã hoá giải con .
+ Biến đổi Wavelet .
III.2. Lượng tử hoá Q (Quantizer) và bộ giải lượng tử hoá R
Lượng tử hoá là quá trình biểu diễn một tập giá trị liên tục ở ngõ vào bằng một lượng giới hạn các ký hiệu ở ngõ ra. Đây chính là khâu gây ra tổn hao khi loại bỏ thông tin không phù hợp (độ dư thừa tâm sinh lý) hay thông tin ít quan trọng và chấp nhận một độ méo (độ suy giảm chất lượng) nhất định. Về phía giải nén ta có bộ giải lượng tử R với chức năng ngược lại .
Có thể phân biệt hai lượng tử chủ yếu:
+ Lượng tử vô hướng (Scalar Quantization) là lượng tử từng giá trị một cách độc lập .
+ Lượng tử vectơ (Vector Quantization) là quá trình biểu diễn một tập vectơ (mỗi vectơ gồm nhiều giá trị) bằng một số hữu hạn các ký hi...