Giải pháp tăng cường hoạt động huy động vốn tại Chi nhánh Ngân hàng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Hà Nội

Ch ơng 1: Tổng quan về truyền hình số
Chơng 1 của luận văn trình bầy các đặc điểm cơ bản, các vấn đề chủ yếu
trong quá trình chuyển đổi tín hiệu Video từ dạng tơng tự sang dạng số.
1.1. Giới thiệu
Truyền hình đen trắng ra đời từ những năm đầu của thập kỷ XX với
nhiều tiêu chuẩn khác nhau: L, M, N, B, G, H, I, D, K.
Truyền hình màu với ba hệ: NTSC, PAL, SECAM xuất hiện vào thập kỷ
50 đã tạo nên một bớc ngoặt mới trong quá trình phát triển của công nghệ
truyền hình. Cả ba hệ đều sử dụng các tín hiệu thành phần là tín hiệu chói và
hai tín hiệu hiệu màu (Y, R-Y, B-Y). Điều khác nhau cơ bản là phơng pháp
điều chế tín hiệu hiệu màu, tần số sóng mang màu và phơng pháp ghép kênh.
Do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử với sự ra đời của
các vi mạch cỡ lớn, các bộ xử lý tín hiệu với tốc độ cao, các bộ nhớ với dung
lợng lớn và nhất là sự bùng nổ của công nghệ thông tin trong những năm gần
đây, video số, truyền hình số đã hoàn toàn mang tính khả thi và từng bớc trở
thành hiện thực.
Số hoá tín hiệu video thực tế là sự biến đổi tín hiệu video tơng tự
(Analog) sang dạng số (Digital).
Công nghệ truyền hình số đã và đang bộc lộ thế mạnh tuyệt đối so với
công nghệ tơng tự trên nhiều lĩnh vực.
Tuy nhiên việc chuyển đổi tín hiệu video từ tơng tự sang số cũng có
nhiều vấn đề cần xem xét nghiên cứu.
Tín hiệu video, theo tiêu chuẩn OIRT có tần số 6MHz vì vậy theo tiêu
chuẩn Nyquist để đảm bảo chất lợng, tần số lấy mẫu phải lớn hơn 12MHz; với
số hoá 8 bít, để truyền tải đầy đủ thông tin một tín hiệu video thành phần có độ
phân giải tiêu chuẩn, tốc độ phải lớn hơn 200Mbit/s. Đối với truyền hình độ
phân giải cao, tốc độ bit lớn hơn 1Gbit/s.
Dung lợng này quá lớn, các kênh truyền hình thông thờng không có khả
năng truyền tải. Các vấn đề mấu chốt cần xem xét trong quá trình số hoá tín
hiệu video bao gồm:
1

Tần số lấy mẫu
Phơng thức lấy mẫu
Tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tín hiệu hiệu màu (trong trờng
hợp số hoá tín hiệu thành phần)
Nén tín hiệu video để có thể truyền tín hiệu truyền hình số trên các kênh
truyền hình thông thờng trong khi vẫn đảm bảo chất lợng tín hiệu theo
từng mục đích sử dụng.
1.2. Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống truyền hình số .
Sơ đồ khối của một hệ thống truyền hình số có dạng nh hình 1.1.
Đầu vào của thiết bị sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tơng tự. Trong
thiết bị mã hoá (biến đổi AD), tín hiệu hình sẽ đợc biến đổi thành tín hiệu số,
các tham số và đặc trng của tín hiệu này đợc xác định từ hệ thống truyền hình
đợc lựa chọn.
Tín hiệu truyền hình số đợc đa tới thiết bị phát. Sau đó qua kênh thông
tin, tín hiệu truyền hình số đa tới thiết bị thu cấu tạo từ thiết bị biến đổi tín
hiệu ngợc lại với quá trình xử lý tại phía phát.
Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình số
thành tín hiệu truyền hình tơng tự. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác
định cấu trúc mã hoá và giải mã tín hiệu truyền hình.
2
Mã hoá kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông
tin. Thiết bị mã hoá kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin.
Khi tín hiệu truyền hình số đợc truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến
đổi trên đợc gọi là bộ điều chế và bộ giải điều chế.
1.3. Đặc điểm của truyền hình số
Đặc điểm của truyền hình số đợc xem xét thông qua các u nhợc điểm
của nó, vì nó giải thích lý do của việc cần thiết phải thay thế truyền hình
Analog sang truyền hình số, những đặc điểm dới đây chính là tính u việt của
truyền hình số so với truyền hình tơng tự, bao gồm:
+ Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong Studio (trung tâm

truyền hình) mà tỷ số S/N không giảm. Trong truyền hình tơng tự thì việc này
gây méo tích luỹ (mỗi khâu xử lý đều gây méo).
+ Thuận lợi cho quá trình ghi, đọc: có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất l-
ợng không bị giảm.
+ Dễ sử dụng thiết bị tự động kiểm tra và điều khiển nhờ máy tính.
+ Có khả năng lu tín hiệu số trong các bộ nhớ có cấu trúc đơn giản và
sau đó đọc nó với tốc độ tuỳ 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. dễ 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 đờng. Hiện tợng bóng ma
thờng xảy ra trong hệ thống truyền hình tơng tự do tín hiệu truyền đến máy
thu theo nhiều đờng. Việc tránh nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin số
cũng làm giảm đi hiện tợng này trong truyền hình quảng bá.
3
+ Tiết kiệm đợc phổ tần nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ
nén có thể lên đến 40 lần mà hầu nh ngời xem không nhận biết đợc sự suy
giảm chất lợng. Từ đó có thể thấy đợc nhiều chơng trình trên một kênh sóng,
trong khi truyền hình tơng tự mỗi chơng trình phải dùng một kênh sóng riêng.
+ Có khả năng truyền hình đa phơng tiện, tạo ra loại hình thông tin hai
chiều, dịch vụ tơng tác, thông tin giao dịch giữa điểm và điểm. Do sự phát
triển của công nghệ truyền hình số, các dịch vụ tơng tác này 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 phơng tiện thông tin đại chúng trở thành

thông tin cá nhân.
Tuy nhiên truyền hình số cũng có những nhợc điểm đáng quan tâm:
+ Dải thông của tín hiệu cha nén tăng do đó độ rộng băng tần của thiết
bị và hệ thống truyền lớn hơn nhiều so với tín hiệu tơng tự.
+ Việc kiểm tra chất lợng tín hiệu số ở mỗi điểm của kênh truyền thờng
phức tạp hơn (phải dùng mạch chuyển đổi số tơng tự).
1.4. Số hoá tín hiệu video
1.4.1. Lấy mẫu tín hiệu Video
a. Lựa chọn tần số lấy mẫu
Công đoạn đầu tiên của quá trình biến đổi tín hiệu tơng tự sang tín hiệu
số là lấy mẫu (có nghĩa là rời rạc tín hiệu tơng 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 đợc
xác định sao cho hình ảnh nhận đợc có chất lợng cao nhất, tín hiệu truyền đi
với tốc độ bit nhỏ nhất, độ rộng băng tần nhỏ nhất và mạch đơn giản.
Để cho việc lấy mẫu không gây méo, ta phải chọn tần số lấy mẫu thoả
mãn định lý lấy mẫu Nyquist - Shannon
sa
2
max
.
Trờng hợp
sa
< 2
max
sẽ xảy ra hiện tợng chồng phổ làm xuất hiện các
thành phần phụ và xuất hiện méo, ví dụ nh hiệu ứng lới trên màn hình (do các
tín hiệu vô ích nằm trong băng tần video), méo sờn xung tín hiệu, làm nhoè
biên ảnh (do hiệu ứng bậc thang), các điểm sáng tối nhấp nháy trên màn hình.
4

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
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
9
sử dụng lợng tử hoá 10 bit/mẫu ( 2
10
= 1024 mức lợng tử ) từ 0 đến 1023 (từ
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
10
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.
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 đ-
ợc 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
Hình 1.5 là sơ đồ của hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến.
Nguồn tín hiệu truyền hình lấy nguồn từ vệ tinh thì cần một máy thu vệ tinh
số IRD (Integrated Receiver Coder) để thu các chơng trình khác nhau và
chuyển đổi thành dòng dữ liệu MPEG-2, đối với tín hiệu thị tần-âm tần AV thì
cần bộ giải nén biên mã số để giải mã tín hiệu, tạo ra dòng dữ liệu MPEG-2.
Nguồn tín hiệu khác nhau sẽ tạo ra dòng dữ liệu MPEG-2 ở bộ trộn nhiều đờng
số để tiến hành trộn và thu đợc dòng tín hiệu có tốc độ cao hơn. Sau đó tín hiệu
này đa vào bộ điều chế QAM, bộ biến tần để đạt đợc dải tần cần thiết cho
mạng truyền hình hữu tuyến.
1.6.2. Hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB-S
Hệ thống truyền dẫn qua vệ tinh DVB-S có các đặc trng nh sau: Sử dụng
băng tần C và K
u
, điều chế số QPSK, tối u hoá cho từng tải riêng cho từng bộ

phát đáp (Transponder: thiết bị thu phát trên vệ tinh) và công suất hiệu dụng,
tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 38,1 Mb/s.
Nguyên lý truyền hình số vệ tinh trình bày ở hình 1.6. Thông tin âm tần
và thị tần và các tín hiệu số trớc tiên sẽ đi qua bộ nén số MPEG-2 (ENC) tiến
15
B mó húa
MPEG
B mó húa
MPEG
B mó húa
MPEG
B
trn
nhiu
ng
B
iu
ch
QPSK
B i
tn lờn
Phỏt lờn
v tinh
Hỡnh 1.6. S khi h thng qung bỏ truyn hỡnh s v tinh
hành việc nén biên mã, tín hiệu truyền hình số với tốc độ trên 200Mb/s đợc
nén xuống còn 6Mb/s, dòng số liệu MPEG-2 bị nén nhiều đờng sẽ đợc đa vào
bộ trộn nhiều đờng số tiến hành việc trộn, ở ngõ ra sẽ nhận đợc dòng mã
MPEG-2 có tốc độ cao hơn. Căn cứ vào yêu cầu, các chơng trình truyền hình
cần tải sẽ đợc thực hiện việc mã hoá, sau đó dòng số liệu MPEG-2 đợc đa vào
bộ điều chế số QPSK. Cuối cùng tiến hành biến tần, tín hiệu QPSK đợc 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 lên vệ tinh.
Sơ đồ khối của hệ thống thu truyền hình số vệ tinh nh hình 1.7. Tín hiệu
vệ tinh qua bộ biến tần LNB, máy thu vệ tinh số IRD sẽ tiến hành việc giải
điều chế QPSK, giải mã đa ra tín hiệu âm tần và thị tần, nếu dùng đầu nối thu
CATV ở trớc thì mạng truyền hình hữu tuyến có thể đợc chia thành phơng thức
truyền tải tơng tự và phơng thức truyền tải số.
Trong phơng thức truyền tải tơng tự thì số đờng truyền đạt và số lợng
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 tơng tự với các kênh tần khác nhau để
truyền tải tín hiệu tới hộ dùng.
1.6.3. Hệ thống quảng bá truyền hình số trên mặt đất 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. Ngời ra sử
dụng phơng 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 tơng đối
đặc biệt, có hiện tợng phản xạ tín hiệu nhiều lần, can nhiễu rất nghiêm trọng.
16
Mỏy thu v
tinh s
Mỏy thu v
tinh s
B mó húa
MPEG - 2
B mó húa
MPEG - 2
B trn nhiu ng
B iu ch s

B nõng tn
VHF UHF
A
V
A
V
Tớn hiu t v
tinh
Hỡnh 1.8. S khi h thng DVB-T
Tớn hiu t v
tinh
B
bin
tn
Mỏy thu
v tinh
s
Tivi
thụng
thng
A
V
Tớn hiu t v
tinh
Hỡnh 1.7. S khi h thng thu truyn hỡnh s
Kết luận ch ơng 1
Những nội dung đã trình bày trong chơng 1 cho ta cái nhìn tổng thể về
các vấn đề của truyền hình số, vai trò của việc lựa chọn tần số lấy mẫu, số bit
lợng tử, các loại mã và sự cần thiết phải nén tín hiệu nhằm đa truyền hình số
vào ứng dụng thực tiễn. Vấn đề về nén tín hiệu video trong truyền hình số sẽ đ-

ợc giải quyết trong chơng 2.
Chơng 2: các công nghệ Nén tín hiệu video trong
truyền hình số
Nén nhằm giảm tốc độ bit của các dòng dữ liệu tốc độ cao mà vẫn đảm
bảo chất lợng hình ảnh hoặc âm thanh cần truyền tải. Tín hiệu Video sau khi
đợc số hoá (8 bit) có tốc độ bằng 216 Mb/s. Để có thể truyền trong một kênh
truyền hình thông thờng, thì tín hiệu video số cần phải đợc nén trong khi vẫn
đảm bảo đợc chất lợng hình ảnh. Chơng 2 nêu các nội dung này nhằm xây
dựng nội dung lý luận cho các giải pháp sẽ đa ra trong chơng tiếp theo (chơng
3) về ứng dụng công nghệ nén trong sản xuất chơng trình truyền hình.
2.1. Tổng quan về kỹ thuật nén Video số
2.1.1. Khái niệm chung
2.1.1.1. Mục đích của nén Video số
Nén video có hai lợi ích quan trọng thấy rõ:
17
Thứ nhất: nén video giúp chúng ta có thể sử dụng nguồn video số đã đ-
ợc mã hoá để truyền đi hay lu trữ một cách có hiệu quả ngay cả trên những
môi trờng truyền dẫn không hỗ trợ những file video cha đợc nén lúc đầu. Ví
dụ, một đĩa DVD sẽ chỉ có thể chứa đợc vài giây một đoạn video nguyên bản
không qua nén ở độ phân giải và tốc độ khung hình tơng đơng với chất lợng t-
ơng ứng trên tivi truyền hình sẽ không thể sử dụng nh lý giải ở trên.
Thứ hai: quá trình nén video cho phép việc sử dụng những nguồn video
đã qua nén cho quá trình lu trữ hay truyền đi một cách có hiệu quả. Ví dụ, với
một kênh truyền dẫn tốc độ cao, việc lựa chọn và truyền đi một video nén với
độ phân giải cao thậm chí cả những luồng video nén là hợp lý hơn nhiều so với
việc sẽ truyền đi một video đơn lẻ với độ phân giải thấp hay từng luồng video
cha qua nén.
2.1.1.2. Bản chất của nén
Khác với nguồn dữ liệu một chiều nh nguồn âm, đặc tuyến đa chiều
của nguồn hình ảnh cho thấy: nguồn ảnh chứa nhiều sự d thừa hơn các

nguồn thông tin khác. Đó l :
Sự d thừa về mặt không gian (spatial redundancy):
Các điểm ảnh kề nhau trong một m nh có nội dung gần giống nhau.
Sự d thừa về mặt thời gian (temporal redundancy):
Các điểm ảnh có cùng vị trí ở các m nh kề nhau rất giống nhau.
Sự d thừa về mặt cảm nhận của con ng ời:
Mắt ng ời nhạy cảm hơn với các th nh phần tần số thấp v ít nhạy
cảm với sự thay đổi nhanh, tần số cao.
Do vậy, có thể coi nguồn hình ảnh l nguồn có nhớ (memory source).
Nén ảnh thực chất l quá trình sử dụng các phép biến đổi để loại bỏ đi
các sự d thừa v loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn dữ liệu
mới có l ợng thông tin nhỏ hơn. Đồng thời sử dụng các dạng mã hoá có khả
18
năng tận dụng xác suất xuất hiện của các mẫu sao cho số l ợng bít sử dụng để
mã hoá một l ợng thông tin nhất định l nhỏ nhất m vẫn đảm bảo chất
l ợng theo yêu cầu. Nhìn chung quá trình nén v giải nén có thể lý giải một
cách đơn giản nh hình 2.1.
Biến đổi:
Một số phép biến đổi v kỹ thuật đ ợc sử dụng để loại bỏ tính có nhớ
của nguồn dữ liệu ban đầu, tạo ra một nguồn dữ liệu mới t ơng đ ơng chứa
l ợng thông tin ít hơn. Ví dụ nh kỹ thuật tạo sai số dự báo trong công nghệ
DPCM hay phép biến đổi cosin rời rạc của công nghệ mã hoá chuyển đổi. Các
phép biến đổi phải có tính thuận nghịch để có thể khôi phục tín hiệu ban đầu
nhờ phép biến đổi ng ợc.
M hoá:
Các dạng mã hoá đ ợc lựa chọn sao cho có thể tận dụng đ ợc xác suất
xuất hiện của mẫu. Thông th ờng sử dụng mã RLC (run length coding: mã
hoá loạt d i) v mã VLC (variable length coding): gắn cho mẫu có xác suất
xuất hiện cao từ mã có độ d i ngắn sao cho chứa đựng một khối l ợng thông
tin nhiều nhất với số bit truyền tải ít nhất m vẫn đảm bảo chất l ợng yêu cầu.

2.1.1.3. Phân loại nén
Các thuật toán nén có thể phân l m hai loại: Nén không tổn thất
(lossless
compression) v nén có tổn thất (lossy compression).
19
Dữ liệu
Dữ liệu
Dữ liệu đã nén
Biến đổi
Mã hoá
Giải mã
Biến đổi
ngược
Dữ liệu đã nén
Quá trình nén
Quá trình giải nén
Hình 2.1: Sơ đồ khối quá trình nén v giải nén
Thuật toán nén không tổn thất không l m suy giảm, tổn hao dữ liệu. Do
vậy, ảnh khôi phục ho n to n chính xác với ảnh nguồn.
Các thuật toán nén có tổn thất chấp nhận loại bỏ một số thông tin không
quan trọng nh các thông tin không quá nhạy cảm với cảm nhận của
con
ng ời để đạt đ ợc hiệu suất nén cao hơn, Do vậy, ảnh khôi phục chỉ rất gần
chứ
không phải l ảnh nguyên thủy.
Đối với nén có tổn thất, chất l ợng ảnh l một yếu tố vô cùng quan
trọng, Tuỳ theo yêu cầu ứng dụng m các mức độ loại bỏ khác nhau đ ợc sử
dụng, cho mức độ chất l ợng theo yêu cầu.
2.1.2. Một số dạng mã hoá sử dụng trong các công nghệ nén.
Các dạng mã hoá sử dụng trong công nghệ nén đều tận dụng đ ợc xác

suất xuất hiện mẫu nhằm đạt đ ợc độ d i mã trung bình (số bit trung bình cần
để mã hoá một mẫu) l nhỏ nhất. Tuy nhiên, độ d i n y có một giới hạn d ới
m không một ph ơng pháp mã hoá n o có thể cung cấp độ d i từ mã trung
bình nhỏ hơn. Đó l entropy của nguồn tín hiệu.
2.1.2.1. Khái niệm entropy của nguồn tín hiệu
Khái niệm entropy của nguồn tín hiệu đ ợc sử dụng để đo l ợng
thông tin một nguồn tin chứa đựng.
Một nguồn tin có N mẫu {s
1
,s
2
,..,s
N
} với xác suất xuất hiện các mẫu
t ơng ứng l {p(s
1
), p(s
2
),.., p(s
N
)}. Khi đó, entropy của nguồn tin đ ợc
định nghĩa nh sau: [1]

=
=
N
i
ii
SPSPH
1

2
)(log).(
Ví dụ một nguồn tin gồm các mẫu {1,0} với:
+ xác suất xuất hiện mẫu 1 l 0,8.
+ xác suất xuất hiện mẫu 0 l 0,2.
Khi đó entropy của nguồn l :
20
H = - (0,8.log
2
0,8 + 0,2.log
2
0,2)
= 0,7219 bit
Entropy của nguồn tin quy định giới hạn d ới tốc độ bit tại đầu ra bộ
mã hoá. Ph ơng pháp mã hoá n o có độ d i mã trung bình (số bit trung bình
cần để mã hoá một mẫu) c ng gần giá trị H thì ph ơng pháp mã hoá đó c ng
hiệu quả.
2.1.2.2. Mã hoá với độ d i chạy RLC (run length coding). [3]
Phơng pháp nén RLC này dựa trên cơ sở là sự liên tiếp lặp đi lặp lại các
điểm ảnh trong ảnh số, xuất hiện là do sự tơng quan giữa các điểm ảnh, đặc
biệt là với các ảnh 2 mức (bi level images). RLC tách các giá trị giống nhau
và biểu diễn nh là một tổng, kỹ thuật này chỉ áp dụng cho các chuỗi symbols
tuyến tính.
Có hai cách mã hoá RLC:
1- Tạo ra những từ mã cho mỗi độ dài chạy (động) và kết hợp với
symbol nguồn.
2- Sử dụng một số độ dài chạy và một symbol nguồn nếu nh symbol
nguồn không phải là một số hay một ký đặc biệt để chỉ ra cho mỗi symbol
nguồn.
Kỹ thuật RLC đợc dùng cho các hệ số lợng tử hoá tốt hơn là dùng trực

tiếp cho số liệu ảnh.
Một dạng cải tiến của mãc RLC là mã có độ dài thay đổi VLC
(Variable Length Code) dùng để biểu diễn các độ dài chạy cũng nh các giá trị
symbol. Cách thực hiện là tính phân bố xác xuất của độ dài chạy và các giá trị
symbol. Đây là sự kết hợp của mã hoá RLC với mã hoá thống kê.
2.1.2.3. Mã hoá với độ d i thay đổi VLC (variable length coding) (mã
Huffman)
Trong các công nghệ nén, mã Huffman l dạng mã đ ợc sử dụng phổ
biến nhất. Bảng mã Huffman có thể cho độ d i mã trung bình để mã hoá cho
một mẫu l nhỏ nhất do tận dụng xác suất xuất suất hiện của các mẫu trong
nguồn tín hiệu.
21
Trong đó, mẫu có xác suất xuất hiện cao nhất sẽ đ ợc gắn với một từ
mã có độ d i ngắn nhất. Mặc dù có độ d i mã thay đổi song mã Huffman vẫn
có khả năng giải mã đúng do có thuộc tính tiền tố duy nhất (không có bất cứ từ
mã n o lại l phần đầu của từ mã tiếp theo).
Để xây dựng cây mã Huffman gồm các b ớc sau:
1- Liệt kê các xác suất của các symbol nguồn và tạo ra các tập
nút bằng cách cho các xác suất này thành các nhánh của cây
nhị phân.
2- Lấy hai nút với xác suất nhỏ nhất từ tập nút và tạo ra một xác
suất mới bằng tổng xác suất của các xác suất đó.
3- Tạo ra một nút mẹ với các xác suất mới, và đánh dấu 1 cho
nút con ở trên và 0 cho nút con ở dới.
4- Tạo tiếp tập nút bằng cách thay thế 2 nút với xác xuất nhỏ
nhất cho nút mới. Nếu tập nút chỉ chứa một nút thì kết thúc,
ngợc lại thì ta quay lại bớc 2.
Ph ơng pháp mã hoá thống kê Huffman sẽ trở nên nặng nề khi số tin
của nguồn quá lớn. Trong tr ờng hợp n y ng ời ta dùng một biện pháp phụ
để giảm nhẹ công việc mã hoá. Tr ớc tiên liệt kê các tin của nguồn theo thứ tự

xác suất giảm dần, sau đó ghép th nh từng nhóm tin có tổng xác suất gần bằng
nhau. Dùng một mã đều để mã hoá các tin trong cùng một nhóm. Sau đó xem
các nhóm tin nh một khối tin v dùng ph ơng pháp Huffman để mã hoá các
khối tin. Từ mã cuối cùng t ơng ứng với mỗi tin của nguồn gồm hai phần:
một phần l mã Huffman v một phần l mã đều.
Xét ví dụ thiết lập cây mã Huffman cho một nguồn tin chứa các mẫu :
{s
0
, s
1
, ..,s
7
} với xác suất xuất hiện lần l ợt l :
p(s
i
) = {0,1;0,19;0,21;0,3;0,05;0,05;0,07;0,03}.
Cây mã Huffman xây dựng cho nguồn tin n y nh sau:
`
22
1.0
10.4
0
0
0.13
1
1
0.18
0
0
0

0
0
1
1
P(s
2
)=0.21
P(s
3
)=0.3
P(s
4
)=0.05
P(s
5
)=0.05
P(s
6
)=0.07
P(s
7
)=0.03
P(s
1
)=0.19
P(s
0
)=0.1
1
0011

11
10
01
0001
00101
0000
00100
Liệt kê Thiết kế mã Từ mã
xác suất
Mặc dù mã Huffman hiệu quả nh ng chúng ta phải hiểu rằng mã hoá
Huffman chỉ tối u khi đã biết tr ớc xác suất của mã nguồn v mỗi biểu
tr ng của mã nguồn đ ợc mã hoá bằng một số bit nguyên.
Đặc biệt mã hoá Huffman đ ợc phát triển cho ảnh số nh ng áp dụng
cho rất nhiều loại ảnh, mỗi ảnh có xác suất xuất hiện biểu tr ng của riêng nó.
Do đó mã Huffman không phải l tối u cho bất cứ loại ảnh đặc biệt n o.
2.1.2.4. Mã hoá dự đoán (Predictive coding)
Nh đã nói, nguồn ảnh chứa một l ợng thông tin rất lớn. Nếu mã hoá
trực tiếp nguồn tin n y theo PCM, tốc độ dòng bit thu đ ợc sẽ rất cao. Mặt
khác, nguồn ảnh lại chứa đựng sự d thừa v tính có nhớ: giữa các điểm
ảnh lân cận có mối quan hệ t ơng hỗ với nhau.
Mã hoá dự đoán đ ợc xây dựng dựa trên nguyên tắc cơ bản nh sau:
Lợi dụng mối quan hệ t ơng hỗ n y, từ giá trị các điểm ảnh lân cận,
theo một nguyên tắc n o đó có thể tạo nên một giá trị gần giống điểm ảnh
hiện h nh. Giá trị n y đ ợc gọi l giá trị dự báo.
Loại bỏ đi tính có nhớ của nguồn tín hiệu bằng một bộ lọc đặc biệt
có đáp ứng đầu ra l hiệu giữa tín hiệu v o s(n) v giá trị dự báo của nó.
Thay vì l ợng tử hoá trực tiếp các mẫu điểm ảnh, mã hoá dự đoán
l ợng tử v mã hoá các sai số dự báo tại đầu ra bộ lọc. Sai số dự báol sự
chênh lệch giữa giá trị dự báo v giá trị thực của mẫu hiện h nh. Do nguồn
sai số dự báo(error prediction source) l nguồn không có nhớ v chứa đựng

l ợng thông tin thấp, nên số bit cần để mã hoá sẽ giảm đi rất nhiều.
23
Ph ơng pháp tạo điểm ảnh dựa trên tổng giá trị của điểm dự đoán v sai số dự
báo gọi l điều chế xung mã vi sai (DPCM).
Sơ đồ khối bộ mã hoá và giải mã DPCM có dạng sau:
Nhằm tránh các lỗi có thể xuất hiện trong khi truyền, một mẫu đầy đủ
sẽ đợc gửi đi theo chu kỳ nhất định cho phép cập nhật đợc các giá trị chính
xác. Mã hoá DPCM cũng sử dụng thêm các kỹ thuật dự đoán và lợng tử hoá
thích nghi để hoàn thiện thêm kỹ thuật nén này.
2.1.2.5. Mã hoá chuyển đổi (Transform coding)
Đối với việc mã hoá riêng rẽ từng điểm một sẽ không đạt đợc hiệu quả
bởi ta không tận dụng đợc hết mối quan hệ giữa các khối điểm trong ảnh số.
Phơng pháp mã chuyển vị là một phơng pháp có hiệu quả trong việc mã hoá
khối điểm thông qua biến đổi tuyến tính các điểm này thành các hệ số chuyển
vị và mã hoá các hệ số chuyển vị đó. Phơng pháp này tập trung vào một số các
hệ số chuyển vị mà không phải là các điểm ảnh của ảnh gốc và lợng thông tin
chỉ trong một số ít hệ số chuyển vị. Nh vậy, số bit dùng cho quá trình mã hoá
sẽ ít đi.
Hơn nữa, do hệ thống thị giác của con ngời không thể nhận biết hoàn
toàn các chi tiết của ảnh khi những chi tiết đó biến đổi nhanh so với các biến
e
q
+
Giải mã
entropy

Bộ dự
đoán
Kênh tín hiệu
-

V

Đầu ra giải
mã
p
Hình 2.3: Sơ đồ khối bộ giải mã DPCM
24
Hình 2.2: Sơ đồ khối bộ mã hoá DPCM

Bộ dự
đoán
Mã hoá
entropy
Bộ lượng
tử hoá

Tín hiệu
video số
V +
e
+
Kênh
V

p
+
V: Tín hiệu vào.
e = V-P (P- sai số dự đoán)
e
q

là sai số lượng tử
V

= e
q
+ p tín hiệu tạo lại
đổi chậm, bởi vậy để mã hoá các hệ số chuyển vị ở tần số cao, ta chỉ cần một
số ít bit mà chất lợng hình ảnh vẫn tốt.
2.2. Các chuẩn nén video
Hiệp hội viễn thông quốc tế (ITU) và tổ chức tiêu chuẩn quốc tế/Uỷ ban
kỹ thuật điện tử quốc tế (ISO/IEC) là hai tổ chức phát triển các tiêu chuẩn mã
hoá Video. Theo ITU-T, các tiêu chuẩn mã hoá video đợc coi là các khuyến
nghị gọi tắt là chuẩn H.26x (H.261, H.262, H.263, H.264). Với tiêu chuẩn ISO/
IEC, chúng đợc gọi là MPEG-x (nh MPEG-1, MPEG-2 và MPEG-4). Những
khuyến nghị của ITU đợc thiết kế dành cho các ứng dụng truyền thông video thời
gian thực nh video Conferencing hay điện thoại truyền hình. Mặt khác, những
tiêu chuẩn MPEG đợc thiết kế hớng tới mục tiêu lu trữ Video chẳng hạn nh trên
đĩa quang DVD, quảng bá video số trên mạng cáp, đờng truyền số DSL, truyền
hình vệ tinh hay những ứng dụng truyền dòng video trên mạng Internet hoặc
thông qua mạng không dây. Với đối tợng để truyền dẫn video là mạng Internet thì
ứng cử viên hàng đầu là chuẩn nén MPEG-4 AVC, còn đợc gọi là H.264,
MPEG-4 part 10, H.26L hoặc JVT.
2.3. Nén Video theo tiêu chuẩn MPEG
Nhóm các chuyên gia về ảnh động (Motion Pictures Expert Group-
MPEG) làm việc cho tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO (ISO/IEC) có nhiệm vụ
nghiên cứu và phát triển các tiêu chuẩn nén, giải nén tín hiệu video, audio.
Hiện nay các chuẩn nén MPEG đang đợc sử dụng phổ biến và đợc các tổ chức
ISO/IEC, ITU (International Telecommunication Union) công nhận là chuẩn
nén quốc tế, áp dụng cho các hệ truyền hình tại Mỹ, Nhật Bản, Châu âu.
MPEG-1: đợc phát triển vào năm 1988 1992, là tiêu chuẩn đầu tiên

của MPEG. Chuẩn MPEG-1 đợc sử dụng chủ yếu để nén tín hiệu VCD và các
luồng tốc độ thấp khoảng 1.5Mbps. MPEG-1 hỗ trợ nén các tín hiệu có phân
giải thấp 352 x 240(60Hz) và 352 x 288(50Hz), sử dụng biến đổi cosin rời rạc
(DCT) để loại bỏ d thừa không gian, có dự đoán và bù chuyển động. Điểm nổi
bật của MPEG-1 khi đó là có hỗ trợ nén các hình ảnh quét lần lợt.
25