ĐỀ TÀI: Khảo sát đặc điểm hình thái và sự lai tạo giữa Ếch đồng Việt Nam (Rana Rugulosa) và ếch Thái Lan (Ranna Tigerina Tigrina)

Luận văn tốt nghiệp - 1 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
Chương 1: Tổng quan về truyền hình và chuẩn MPEG
1. Lòch sử truyền hình
Truyền hình, hay còn được gọi là báo hình, là một loại phương tiện thông tin
đại chúng hiện đại, không thể thiếu của một quốc gia. Nó là một phương tiện hiệu
quả nhất trong truyền bá thông tin, phục vụ tốt nhiệm vụ chính trò, kinh tế, xã hội, …
của một đòa phương hay một quốc gia, phát triển mạnh mẽ trên quy mô toàn cầu, là
loại thông tin đến được nhiều người nhất.
Truyền hình là loại hình báo chí truyền tải nội dung chủ yếu bằng hình ảnh
sống động và các phương tiện biểu đạt khác như lời nói, chữ viết, hình ảnh, âm
thanh, truyền hình chính là ngành công nghiệp được phát triển trên cơ sở các tiến
bộ về công nghệ, thiết bò thu, phát, truyền dẫn, trường quay.
1.1 Quá trình phát triển của truyền hình
Truyền hình ra đời trong nửa đầu thế kỷ XX, sau khi có sự ra đời của tivi, các
thiết bò truyền dẫn, phát sóng và các tiến bộ về công nghệ. Sau nhiều tiến bộ khác
nhau, năm 1923, kỹ sư người Scotland, ông John Logie Baird đã đăng ký phát minh
ra chiếc máy có khả năng hiện hình ảnh nhận từ những tín hiệu điện từ mà sau này
chúng ta gọi là vô tuyến truyền hình (tivi).
Từ khoảng năm 1932, hãng BBC của Anh bắt đầu phát các chương trình
truyền hình thường kỳ. Ngày nay, sóng truyền hình có thể đạt tới mọi nơi trên trái
đất qua trạm chuyển tiếp, cáp truyền hình, vệ tinh nhân tạo và internet. Các
chương trình truyền hình, từ chỗ chỉ phát bản tin thô sơ, đã tiến bộ dần với việc cho
ra đời hàng trăm loại hình chương trình như các game show, truyền hình thực tế,
phỏng vấn truyền hình, truyền hình theo yêu cầu,
Nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật, mà công nghệ truyền hình ngày càng
hoàn thiện về mặt kỹ thuật cũng như mặt sản xuất chương trình, từ lúc mới ra đời
chỉ là truyền hình analog đen trắng dần phát triển lên truyền hình màu, rồi truyền
hình số SDTV (truyền hình độ nét chuẩn) và HDTV (truyền hình độ nét cao).

1.2 Các thế hệ truyền hình
Từ lúc ra đời cho đến nay công nghệ truyền hình phát triển một cách vượt bậc
giữ một vò trí quan trọng trong các lónh vực như: giải trí, kinh doanh, chính trò, thông
tin, … có nhiều cách phân chia các thế hệ truyền hình, nếu dựa vào công nghệ phát
hình thì có thể chia ra hai công nghệ truyền hình đó là công nghệ số và analog. Còn
nếu dựa vào công nghệ sản xuất tivi thì ta có thể chia thành các loại như công nghệ

Luận văn tốt nghiệp - 2 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
CRT, công nghệ LCD, công nghệ Plasma, công nghệ OLED, … còn dựa vào màu sắc
của hình ảnh thì phân ra hai loại là truyền hình đen trắng và truyền hình màu, còn
dựa vào môi trường truyền thì chia làm hai loại là truyền hình vô tuyến và truyền
hình hữu tuyến. Ở đây chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về hai loại công nghệ này.
1.2.1 Truyền hình vô tuyến
Truyền hình vô tuyến là công nghệ truyền hình được sử dụng rộng rãi từ lâu
và vẫn tồn tại cho đến ngày nay, với ưu điểm là có vùng phủ sóng rộng, có thể phủ
sóng một vùng lãnh thổ rộng lớn (tỉnh, thành phố, quốc gia, …) nhờ các trạm trung
chuyển. Nó sử dụng sóng điện từ RF để truyền tín hiệu truyền hình (hình ảnh, âm
thanh, …) từ đài phát đến máy thu (tivi) nhờ môi trường không khí.
Truyền hình vô tuyến được phân ra làm nhiều loại nhưng có hai loại quan
trọng nhất được sử dụng rộng rãi là truyền hình mặt đất và truyền hình vệ tinh.
Truyền hình vô tuyến chòu nhiều can nhiễu của môi trường và thời tiết như mưa,
sấm sét, các vật cản, …
a) Truyền hình mặt đất
Truyền hình mặt đất được sử dụng để phát sóng trên một vùng lãnh thổ tương
đối rộng lớn (một tỉnh, thành phố, một khu vực, một quốc gia), lợi dụng sự phản xạ
của tầng điện li đối với sóng RF băng tần VHF và UHF để truyền hính hiệu đi xa.
Máy thu (tivi) thu tín hiệu từ các đài phát hay từ các trạm thu phát trung gian nhờ
anten thu (chủ yếu là anten yagi).

Tần số phát của truyền hình mặt đất chủ yếu sử dụng băng tần VHF có dải tần từ
30 MHz ÷ 300 MHz và băng tần UHF có dải tần từ 300 MHz ÷ 1000 MHz
Tín hiệu được điều chế bằng phương pháp điều chế của truyền hình vệ tinh
COFDM nhưng phát xuống mặt đất.
b) Truyền hình vệ tinh
Truyền hình vệ tinh được sử dụng để phát sóng trên vùng lãnh thổ rất rộng lớn
(một quốc gia, một châu lục, toàn cầu), lợi dụng sự truyền thẳng của tần số siêu cao
tần qua tầng khí quyển để truyền tín hiệu từ mặt đất đến vệ tinh và từ vệ tinh xuống
mặt đất sử dụng mode truyền bất đồng bộ (ATM-Asynchronous Transfer Mode).
Máy thu (tivi) thu tín hiệu truyền hình trực tiếp từ vệ tinh thông qua anten
parabol, tần số thu phát của truyền hình vệ tinh chủ yếu sử dụng băng C có dải tần
từ 3 GHz – 4 GHz và băng Ku có dải tần từ 10 GHz – 12 GHz.
Tín hiệu được điều chế bằng phương pháp điều chế COFDM.


Luận văn tốt nghiệp - 3 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
1.2.2 Truyền hình hữu tuyến
Khác với truyền hình vô tuyến, truyền hình hữu tuyến chủ yếu sử dụng dây
cáp để đưa tín hiệu từ đài phát đến máy thu (tivi). Cáp được sử dụng ở đây là cáp
quang và cáp đồng trục.
Do tín hiệu được truyền trực tiếp từ đài phát đến máy thu thông qua dây cáp
nên tín hiệu ít bò ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài. Vì thế tín hiệu thu được
tương đối tốt, chất lượng tương đối cao.
Tín hiệu số truyền trong cáp chủ yếu sử dụng các mode điều chế QAM (như:
16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM, 256-QAM). Sử dụng mode càng cao thì
truyền được nhiều chương trình nhưng dễ ảnh hưởng bởi nhiễu.
2. Quá trình hình thành và phát triển truyền hình cáp Việt Nam
2.1 Quá trình hình thành

Với sự phát triển về kinh tế xã hội làm cho cuộc sống người dân đang ngày
càng cải thiện và tăng cao. Nhu cầu thụ hưởng các dòch vụ cao cấp cũng tăng theo.
Trong đó có nhu cầu về truyền hình – “món ăn tinh thần” không thể thiếu của mọi
người dân. Từ cách thức xem truyền hình thụ động, người dân muốn mình chủ động
hơn về chương trình truyền hình. Đứng trước những nhu cầu đó truyền hình tương tác
ra đời mà đi tiên phong là lónh vực truyền hình cáp.
Dòch vụ truyền hình cáp ra đời phục vụ nhu cầu thông tin giải trí ngày càng
tăng cao của người dân, mà lónh vực truyền hình thông thường không đáp ứng được
(như số lượng kênh nhiều, có kênh nước ngoài, có kênh chuyên biệt, không có
quảng cáo, chất lượng chương trình tốt, ổn đònh, …). Dòch vụ truyền hình cáp Việt
Nam hình thành từ những năm cuối của thập niên 90 và phát triển mạnh mẽ vào
các năm gần đây. Đặc biệt là ở hai thành phố lớn là Hồ Chí Minh và Hà Nội, như
trung tâm Dòch vụ Truyền hình cáp của đài Truyền hình Việt Nam VCTV ra đời
vào năm 1996 trên cơ sở của trung tâm dòch vụ truyền hình MMDS, hay trung tâm
Truyền hình cáp của đài Truyền hình thành phố Hồ Chí Minh HTVC ra đời năm
2003. Từ lúc ra đời truyền hình cáp sử dụng công nghệ analog hiện nay đang dần
chuyển sang số và sắp tới là phát chương trình HD.
2.2 Các nhà cung cấp dòch vụ truyền hình cáp hiện nay
Hiện nay, ở Việt Nam dòch vụ truyền hình cáp phục vụ chủ yếu ở Hà Nội và
thành phố Hồ Chí Minh và càng ngày được mở rộng ra các vùng lân cận chủ yếu là
khu vực đô thò, dân cư đông đúc. Có ba nhà cung cấp dòch vụ truyền hình cáp chính:

Luận văn tốt nghiệp - 4 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
 Trung tâm Dòch vụ Truyền hình cáp của đài Truyền hình thành phố Hồ Chí
Minh HTVC, hiện phát khoảng 67 kênh truyền hình trong và ngoài nước.
 Trung tâm Dòch vụ Truyền hình cáp của đài Truyền hình Việt Nam VCTV,
hiện nay phát khoảng 54 kênh truyền hình trong và ngoài nước.
 Công ty Truyền hình cáp SaigonTourist SCTV là doanh nghiệp nhà nước

liên doanh giữa đài Truyền hình Việt Nam và tổng công ty Du lòch Sài Gòn, hiện
nay phát khoảng 72 kênh truyền hình trong và ngoài nước.
Dòch vụ truyền hình cáp từ lúc ra đời cho đến nay đã có những bước phát triển
không ngừng. Với ưu thế của mình truyền hình cáp sẽ cạnh tranh quyết liệt với các
loại truyền hình khác để mở rộng và phát triển thò phần.
2.3 Lợi ích của dòch vụ truyền hình cáp
Dòch vụ truyền hình cáp ra đời mang lại bước đột phá mới trong công nghệ
truyền hình, làm thay đổi quan niệm về lónh vực truyền hình (truyền hình bây giờ
không còn là truyền hình miễn phí mà là truyền hình có thu phí). Truyền hình không
đơn thuần là giải trí, xem tin tức như thông thường nữa mà nó còn tích hợp nhiều tính
năng khác nữa như: VoD -Video on Deman-truyền hình theo yêu cầu, internet, mua
sắm qua mạng, … với chất lượng cực tốt với hai công nghệ là SDTV và HDTV.
Dòch vụ truyền hình cáp ra đời giúp chúng ta không còn thấy cảnh trên các
mái nhà chứa đầy các anten vừa tốn kém vừa mất mỹ quan và có thể xảy ra nguy
hiểm khi gãy ngã anten vào mùa mưa bão.
Vừa qua Thủ tướng Chính phủ ra quyết đònh số 22/2009/QĐ-TTg bắt buộc các
nhà cung cấp dòch vụ truyền hình cáp đến năm 2015 phải ngầm hoá tất cả các cáp
truyền hình của mình, tạo nên mỹ quan cho đô thò và an toàn cho người dân.
Dòch truyền hình cáp ra đời năng chất lượng truyền hình lên tầm cao mới. Chất
lượng dòch vụ gần như hoàn hảo phục vụ tốt nhiệm vụ chính trò của nhà nước, nhu cầu
quảng cáo của doanh nghiệp cũng như nhu cầu giải trí của người dân. Số lượng kênh
nhiều, nội dung phong phú, đa dạng, …
Dòch vụ truyền hình cáp ra đời đang thành công rực rỡ. Hứa hẹn sẽ tạo ra cuộc
chạy đua mới trong công nghệ truyền hình, khiến các nhà cung cấp dòch vụ truyền
hình đầu tư, nghiên cứu, khai thác các công nghệ mới như truyền hình di động,
IPTV, … tạo ra bước đột phá trong công nghệ truyền hình, tạo nên sự đa dạng về
dòch vụ phục vụ thò hiếu ngày càng cao của người dân. Giúp nâng cao đời sống văn
hóa, tinh thần cho xã hội.

Luận văn tốt nghiệp - 5 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
3. Giới thiệu về chuẩn MPEG
3.1 Khái quát về các tiêu chuẩn nén
Các tổ chức quốc tế đã•tiêu tốn hàng triệu USD để phát triển các tiêu chuẩn
nén. Như vậy, có thể thấy các tiêu chuẩn nén là cần thiết. Hiểu một cách đơn giản,
tiêu chuẩn nén cũng như ngôn ngữ chính thống của một đất nước. Quốc gia đó có
nhiều dân tộc với nhiều ngôn ngữ khác nhau, nhưng để thuận lợi cho giao tiếp cần có
một ngôn ngữ chính thống trên toàn lãnh thổ. Như vậy, chìa khoá ở đây là “sự dễ
dàng trong giao tiếp”. Chúng ta cần các tiêu chuẩn nén để thuận tiện trao đổi giữa
các hệ thống khác nhau.
Vậy tại sao cần có nhiều tiêu chuẩn nén? Bởi vì chúng ta có nhiều ứng dụng
nên đòi hỏi nhiều tiêu chuẩn khác nhau. Không có bất kỳ một tiêu chuẩn nén nào
có thể đáp ứng được tất cả các yêu cầu ứng dụng khác nhau. Các tiêu chuẩn nén
gồm hai mức: mức quốc gia và mức quốc tế.
 Ở mức quốc gia: Có ANSI (American National Standard Institute), AIIM
(Association of Image and Information), tại Canada có tổ chức tiêu chuẩn của
Canada (Canadian Standards Association and the Standards Council of Canada).
 Ở mức quốc tế: Có ISO (International Standards Organization), IEC (Interna-
tional Electrotechnical Commission), ITU (International Telecommunication Union,
CCITT) và một số tổ chức khác.
Các tiêu chuẩn nén với ứng dụng của chúng được khái quát trong bảng sau đây:

Chuẩn Phạm vi ứng dụng
CCITT T.4
CCITT T.6
JPEG

JBIG
CCITT H.261
MPEG - 1
MPEG - 2
MPEG - 4
Fax, ảnh dữ liệu.
Fax, ảnh dữ liệu.
Ảnh.
Fax, ảnh dữ liệu.
Điện thoại hình.
Ảnh, lưu trữ dữ liệu số (DSM).
Ảnh, HDTV, DSM.
Truyền thanh thông thường, quảng bá, cảm nhận từ xa.
Bảng 1.1: Các tiêu chuẩn nén với các ứng dụng của nó
Trong số đó, được sử dụng phổ biến và có phạm vi ứng dụng rộng rãi là
MPEG (Moving Pictures Experts Group). MPEG là một chuỗi các chuẩn bao gồm:
MPEG-1, MPEG-2 và MPEG-4. Trong đó MPEG-1 là cơ bản. MPEG-2 và MPEG-4
là sự phát triển và mở rộng từ MPEG-1.

Luận văn tốt nghiệp - 6 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
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, các tiêu chuẩn mã hoá video được coi là các khuyến nghò gọi tắt
là chuẩn H.26x (H.261, H.262, và H.264). Với tiêu chuẩn ISO/IEC, chúng được gọi
là MPEG-x (như MPEG-1, MPEG-2 và MPEG-4).
3.2 Chuẩn MPEG-2
MPEG-2 là một tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật truyền hình số và
kỹ thuật video số. MPEG-2 chia dòng tín hiệu thành hai loại là dòng truyền tải (TS-

Transport Stream) và dòng chương trình (PS- Program Stream). MPEG-2 là tiêu chuẩn
chung cho việc mã hoá audio và video.
MPEG-2 ra đời khắc phục những thiếu sót trong MPEG-1 như: hệ thống nén âm
thanh có hiệu quả kém, thiếu tính linh hoạt (có thể chấp nhận được ít hơn các biến
thể của loại gói) không hỗ trợ cách quét xen kẻ. MPEG-2 nén tín hiệu video và
audio với một dải tốc độ bit từ 1,5 Mbps tới 60 Mbps. Tiêu chuẩn này còn được gọi là
chuẩn quốc tế ISO/IEC 13818, là chuẩn nén ảnh động và âm thanh. Nó cung cấp một
dải các ứng dụng như: lưu trữ dữ liệu số, truyền hình quảng bá và truyền thông.
3.2.1 Các phần của MPEG-2
Phần 1 - Hệ thống: Mô tả cách đồng bộ, ghép kênh video và audio. Còn được
gọi là ITU-T Rec. H.222.0.
Phần 2 – Video: Mã hóa, nén tín hiệu video (xen kẻ và liên tục). Còn được
gọi là ITU-T Rec. H.262.
Phần 3 – audio: Nén, mã hóa các tín hiệu audio. Đa kênh–là phần mở rộng
của MPEG-1 audio.
Phần 4 : Mô tả các thủ tục để thử nghiệm sự phù hợp.
Phần 5 : Mô tả cho các hệ thống phần mềm mô phỏng.
Phần 6 : Mở rộng cho các mô tả DSM-CC (lưu trữ kỹ thuật số và kiểm soát).
Phần 7 : Advanced Audio Coding (AAC).
Phần 8 : Phần mở rộng video 10 bit. Ứng dụng chính là phòng thu video. Phần
8 đã được thu hồi vì thiếu quan tâm bởi tính công nghiệp.
Phần 9 : Gia hạn thời gian thực cho các giao diện.
Phần 10 : Phù hợp phần mở rộng cho DSM-CC.
Phần 11 : Quản lý sở hữu trí tuệ (IPMP).

Luận văn tốt nghiệp - 7 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
3.2.2 Profiles và Levels
MPEG - 2 video hỗ trợ rất nhiều ứng dụng từ thiết bò di động để hiệu chỉnh chất

lượng cao. Việc đònh chuẩn cho nhiều ứng dụng khó thực hiện và quá tốn kém. Vì vậy
MPEG-2 hỗ trợ các ứng dụng khác nhau thông qua đònh nghóa Profiles và Levels.
Profiles xác đònh nhóm các tính năng như các thuật toán nén, đònh dạng lấy
mẫu tín hiệu màu thành phần, … Levels xác đònh về đònh lượng của: tốc độ bit cực
đại, kích thước frame tối đa, …
Các bảng dưới đây tóm tắt những quy đònh về các Profiles và Levels.
MPEG-2 Levels
Ký
hiệu
Tên

Tốc độ
frame
(Hz)
Độ phân
giải hàng
tối đa
Độ phân
giải cột
tối đa
Số mẫu của tín hiệu
chói cực đại (=độ
rộng x chiều ngang
x tốc độ frame)
Vmax
trong
MP
(Mbps)

LL

Low
Level

23,976;
24; 25;
29,97; 30
352 288 3.041.280 4
ML
Main
Level

23,976;
24; 25;
29,97; 30
720 576
10,368,000, ngoại
trừ High profile,
14.475.600 của 4:2:0
và 11.059.200 của
4:2:2
15
H-14
High
1440
23,976;
24; 25;
29,97; 30;
50; 59,94;
60
1440 1152

47,001,600, ngoại
trừ trong High
profile với 4:2:0 là
62.668.800
60
HL
High
Level

23,976;
24; 25;
29,97; 30;
50; 59,94;
60
1920 1152
62,668,800, ngoài
trừ trong High
profile với 4:2:0,
83.558.400
80
Bảng 1.2: Các level


Luận văn tốt nghiệp - 8 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận

MPEG-2 Profiles
Ký hiệu Tên
Kiểu mã

hóa
Tỉ lệ lấy
mẫu
Tỉ lệ khuôn
hình
Modes scalable
SP
Simple profile

I, P 4:2:0
4:3, hay
16:9
none
MP
Main profile I, P, B 4:2:0
4:3, hay
16:9
none
SNR
SNR Scalable
profile
I, P, B 4:2:0
4:3, hay
16:9
SNR (signal-to-
noise ratio)
Spatial
Spatially
Scalable
profile

I, P, B 4:2:0
4:3,
hay16:9
SNR
HP
High profile I, P, B
4:2:2 hay
4:2:0
4:3, hay
16:9
SNR- or spatial-
scalable
Bảng 1.3: Các profile
3.2.3 Các ứng dụng của MPEG-2
a) DVD
Các đóa DVD sử dụng các tiêu chuẩn MPEG-2/video, phải tuân theo một số
quy đònh sau:
 •Các độ phân giải:
+ 720 × 480, 704 × 480, 352 × 480, 352 × 240 pixel (NTSC).
+ 720 × 576, 704 × 576, 352 × 576, 352 × 288 pixel (PAL).
 •Tỉ lệ khuông hình:
+ 4:3.
+ 16:9.
 Tốc độ frame:
+ 29,97 frame/s (NTSC).
+ 25 frame/s (PAL).
 •Tốc độ bit của audio, video:
+ Video đỉnh 9,8 Mbps.

Luận văn tốt nghiệp - 9 -

Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
+ Tổng số đỉnh 10,08 Mbps.
+ Tối thiểu 300 Kbps.
 •YUV: 4:2:0.
 Hộ trợ các phụ đề.
 Audio:
+ Linear Pulse Code Modulation (LPCM): 48 KHz hay 96 KHz; 16 - bit hoặc
24-bit; lên đến sáu kênh (không phải tất cả các kênh có thể ghép được với nhau,
mà còn phụ thuộc vào tốc độ bit).
+ MPEG Layer 2 (MP2): 48 KHz, lên tới 5.1 kênh (bất buộc cho riêng hệ PAL).
+ Dolby Digital (DD, còn được gọi là AC-3): 48 KHz, 32 - 448 Kbps, lên tới 5,1 kênh.
+ DTS-Digital Theater Systems (hệ thống nhà hát số): 754 Kbps hoặc 1510
Kbps (không bắt buộc đối với đầu DVD).
+ NTSC DVD phải chứa ít nhất một LPCM hoặc Dolby Digital âm thanh theo dõi.
+ PTZ DVD phải chứa ít nhất một lớp 2 MPEG, LPCM, hoặc theo dõi các
âm thanh Dolby Digital.
 GOP (Group of Pictures):
+ Header sequence phải được trình bày tại đầu của mỗi nhóm.
+ Giá trò lớn nhất của frame/GOP: 18 (NTSC), 15 (PAL) tức là 0,6 giây cả hai.
b) Chuẩn DVB
Ứng dụng cụ thể các quy đònh của MPEG-2 video trong tiêu chuẩn DVB:
 Tiêu chuẩn SDTV:
+ 720, 640, 544, 480 hoặc 352×480 pixel, 24/1,001, 24, 30/1,001 hay 30 khung/s.
+ 352 × 240 pixel, 24/1,001, 24, 30/1,001 hay 30 khung/s.
+ 720, 704, 544, 480 hoặc 352 × 576 pixel, 25 khung/s.
+ 352 × 288 pixel, 25 khung/s.
 Tiêu chuẩn HDTV:
+ 720 x 576 x 50 khung/s quét liên tục (576p50).
+ 1280 x 720 x 25 hoặc 50 khung/s quét liên tục (720p50).

+ 1440 hay 1920 x 1080 x 25 khung/s quét liên tục (1080p25).
+ 1440 hay 1920 x 1080 x 25 khung/s quét xen kẽ (1080i25).
+ 1920 x 1080 x 50 khung/s quét liên tục (1080p50).

Luận văn tốt nghiệp - 10 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
c) Chuẩn ATSC và ISDB-T
Các tiêu chuẩn ATSC A/53, được sử dụng tại Mỹ, sử dụng MPEG-2 video
MP@ HL, với các quy đònh như sau:
 Tốc độ tối đa của dòng video MPEG-2 là 19,4 Mbps cho phát sóng truyền
hình, và 38,8 Mbps cho các chế độ “high-data-rate” (ví dụ như: truyền hình cáp).
 Số lượng dòng đệm MPEG-2 được yêu cầu ở phía giải mã phải nhỏ hơn hoặc
bằng 999.424 byte.
 Các dòng phải bao gồm các phép đo thông tin (đường cong gamma, sử dụng
các giá trò màu RGB, và các mối quan hệ giữa RGB và YC
B
C
R
).
 Video được lấy mẫu 4:2:0 (màu thành bằng 1/2 của luma ngang và bằng 1/2
của luma dọc).
Độ phân giải, tỷ lệ khuông hình, và tốc độ frame/ field của video:
 1920 × 1080 pixel (16:9), tại 30p, 29,97p, 24p, 23,98p, 30i, hoặc 29,97i.
 1280 × 720 pixel (16:9), tại 60p, 59,94p, 30p, 29,97p, 24p, hoặc 23,98p.
 704 × 480 pixel (hoặc 4:3 hoặc 16:9), tại 60p, 59,94p, 30p, 29,97p, 24p,
23,98p, 30i, hoặc 29.97i.
 640 ×480 pixel (4:3), tại 60p, 59,94p, 30p, 29,97p, 24p, 23,98p, 30i, hoặc 29,97i.
3.3 Tiêu chuẩn MPEG-4
3.3.1 Khái quát về MPEG-4

Kể từ khi mới xuất hiện vào đầu những năm 90, chuẩn MPEG-2 đã hoàn toàn
thống lónh thế giới truyền thông. Cũng trong thập kỷ này, chuẩn nén MPEG-2 đã
được cải tiến về nhiều mặt. Giờ đây nó có tốc độ bit thấp hơn và việc ứng dụng nó
được mở rộng hơn nhờ có các kỹ thuật như đoán chuyển động, tiền xử lý, xử lý đối
ngẫu và phân bổ tốc độ bit tùy theo tình huống thông qua ghép kênh.
Tuy nhiên, chuẩn nén MPEG-2 cũng không thể được phát triển một cách vô
hạn đònh. Thực tế hiện nay cho thấy chuẩn nén này đã đạt đến hết giới hạn ứng
dụng của mình trong lónh vực truyền hình và lưu trữ video số. Bên cạnh đó, nhu cầu
nén video lại đang ngày một tăng cao kèm theo sự phát triển mạnh mẽ của mạng
IP mà tiêu biểu là mạng internet và công nghệ truyền hình HDTV. Khối lượng nội
dung mà các công ty truyền thông cũng như các nhà cung cấp dòch vụ thông tin
ngày càng lớn, ngoài ra họ còn có thể cung cấp nhiều dòch vụ theo yêu cầu thông
qua hệ thống cáp, vệ tinh và các hạ tầng viễn thông đặc biệt là mạng internet.
Các tiêu chuẩn mã hoá video ra đời và phát triển với mục tiêu cung cấp các
phương tiện cần thiết để tạo ra sự thống nhất giữa các hệ thống được thiết kế bởi

Luận văn tốt nghiệp - 11 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
những nhà sản xuất khác nhau đối với mọi loại ứng dụng video; Nhờ vậy thò trường
video có điều kiện tăng trưởng mạnh. Chính vì lý do này nên những người sử dụng
bộ giải mã cần có một chuẩn nén mới để đi tiếp chặng đường mà MPEG-2 đã bỏ
dở. Và MPEG-4 đã ra đời.
MPEG-4 là một tập hợp các phương pháp nén audio, video (AV) và dữ liệu kỹ
thuật số. Nó đã được giới thiệu vào cuối 1998 và còn có tên gọi khác là tiêu chuẩn
ISO/IEC 14496, hay H.264. Sử dụng nén AV, dữ liệu cho trang web và lưu trữ đóa
CD, voice (điện thoại, videophone) và phát sóng truyền hình. MPEG-4 hấp thụ rất
nhiều các tính năng của MPEG-1 và MPEG-2 và các tiêu chuẩn khác có liên quan,
bổ sung các tính năng mới (mở rộng) như VRML hỗ trợ cho biểu diễn 3D, đa hợp
hướng đối tượng (bao gồm cả audio, video và các đối tượng VRML).

Ban đầu, mục tiêu chủ yếu MPEG-4 là truyền video với tốc độ bit thấp, tuy
nhiên sau đó phạm vi của nó đã được mở rộng hơn nữa của một tiêu chuẩn mã hóa
đa phương tiện MPEG-4 sử dụng hiệu quả trên nhiều loại tốc độ bit khác nhau, từ
một vài Kbps đến hàng chục Mbps. MPEG-4 cung cấp những chức năng sau đây:
 Cải thiện hiệu quả mã hóa.
 Khả năng mã hóa nhiều loại dữ liệu (video, âm thanh, lời nói).
 Khả năng sữa lỗi cho phép truyền tốt hơn.
 Khả năng tương tác với các thiết bò nghe nhìn ở phía thu.
3.3.2 Các phần trong MPEG-4
MPEG-4 bao gồm nhiều phần, mỗi phần có nhiều “Profiles” và “levels”
Phần
Tên
khác
Kiểu Mô tả
Phần 1
ISO/IEC
14496-1
Systems
Mô tả đồng bộ hóa và ghép kênh
video và audio.
Phần 2
ISO/IEC
14496-2
Visual Nén mã hóa dữ liệu hình ảnh
Phần 3
ISO/IEC
14496-3
Audio Nén và mã hóa audio
Phần 4
ISO/IEC

14496-4
Conformance
Mô tả các thủ tục để thử nghiệm
sự phù hợp các phần khác của
tiêu chuẩn.
Phần 5
ISO/IEC
Reference Software
Cung cấp phần mềm để chứng

Luận văn tốt nghiệp - 12 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
14496-5 minh và làm rõ các phần khác
của tiêu chuẩn.
Phần 6
ISO/IEC
14496-6
Delivery Multimedia
Integration
Framework (DMIF).

Phần 7
ISO/IEC
14496-7
Optimized
Reference Software
Cung cấp các ví dụ về việc làm
thế nào để triển khai thực hiện
các cải tiến

Phần 8
ISO/IEC
14496-8
Carriage on IP
networks
Xác đònh một phương pháp mang
nội dung MPEG-4 trên mạng IP.
Phần 9
ISO/IEC
14496-9
Reference Hardware

Cung cấp thiết kế phần cứng
dành cho chứng minh làm thế nào
để thực hiện các phần khác của
tiêu chuẩn.
Phần 10
ISO/IEC
14496-10

Advanced Video
Coding (AVC)
Mã hóa tín hiệu video
Phần 11
ISO/IEC
14496-11

Scene description
and Application
engine("BIFS")

Có thể được sử dụng cho nhiều
nội dung tương tác với nhiều
profiles, bao gồm cả các phiên
bản 2D và 3D.
Phần 12
ISO/IEC
14496-12

ISO Base Media File
Format
Đònh dạng tập tin cho các phương
tiện lưu trữ.
Phần 13
ISO/IEC
14496-13

Intellectual Property
Management and
Protection (IPMP)
Extensions.

Phần 14
ISO/IEC
14496-14

MPEG-4 File Format

Các thiết kế để chứa nội dung tập
tin đònh dạng MPEG-4, mà là dựa
trên Phần 12.

Phần 15
ISO/IEC
14496-15

AVC File Format
Để lưu trữ video của phần 10 dựa
trên Phần 12.
Phần 16
ISO/IEC
14496-16

Animation
Framework
eXtension (AFX).
Chưa hoàn thành
Phần 17
ISO/IEC Timed Text subtitle
Chưa được hoàn thành

Luận văn tốt nghiệp - 13 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
14496-17

format.
Phần 18
ISO/IEC
14496-18

Font Compression

and Streaming (for
OpenType fonts).
Chưa được hoàn thành
Phần 19
ISO/IEC
14496-19

Synthesized Texture
Stream.
Chưa hoàn thành
Phần 20
ISO/IEC
14496-20

Lightweight
Application Scene
Representation
(LASeR).
Chưa được hoàn thành
Phần 21
ISO/IEC
14496-21

MPEG-J Graphical
Framework Xtension
(GFX)
Chưa được hoàn thành
Phần 22
ISO/IEC
14496-22

Open Font Format
Specification (OFFS)
based on OpenType
Chưa được hoàn thành
Phần 23
ISO/IEC
14496-23

Symbolic Music
Representation
(SMR)
Chưa được hoàn thành
Bảng 1.4: Các phần của MPEG-4
Trong các phần của MPEG-4 có phần 10 là tương đối quan trọng vì nó quy
đònh các cách thức nén video, sau đây ta tìm hiểu về phần này.
3.3.3 Tìm hiểu về MPEG-4 phần 10
a) Giới thiệu chung
Những khuyến nghò của ITU được thiết kế dành cho các ứng dụng video
truyền thông thời gian thực như truyền hình hội nghò hay videophone. Mặt khác,
những tiêu chuẩn MPEG được thiết kế hướng tới mục tiêu lưu trữ video chẳng hạn
như trên đóa quang DVD, quảng bá video số trên mạng cáp, đường truyền số DSL,
truyền hình vệ tinh hay những ứng dụng truyền dòng video trên mạng internet hoặc
thông qua mạng không dây (wireless).
Với đối tượng để truyền dẫn video HD thì ứng cử viên hàng đầu là chuẩn nén
MPEG-4 AVC, còn được gọi là H.264, MPEG-4 phần 10, H.26L hoặc JVT.
b) Các Profile và lelves của H.264 (MPEG-4 AVC)

Luận văn tốt nghiệp - 14 -
Thiết kế headend SD, HD

GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
 Profile có nhiều phần để phù hợp với các ứng dụng khác nhau:
+ Constrained Baseline Profile (CBP): Được sử dụng chủ yếu trong các
ứng dụng thấp. Profile này được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng di động và
truyền hình hội nghò. Nó tương ứng với các tính năng của các nhóm Baseline, Main,
và High Profiles.
+ Baseline Profile (BP): Chủ yếu cho các ứng dụng giá rẻ với tài nguyên
điện toán hạn chế, Profile này sẽ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng di động
và truyền hình hội nghò.
+ Main Profile (MP): Ban đầu nó được sử dụng cho truyền hình quảng bá.
Profile này thật sự phai nhạt trước sự xuất hiện của High profile.
+ Extended Profile (XP): Profile này đònh dạng dòng video, và khả năng
nén tương đối cao và bổ sung một số các thủ thuật bảo vệ chống mất dữ liệu và
chuyển mạch luồng máy chủ.
+ High Profile (HiP): Profile này ứng dụng chính cho truyền hình quảng bá
đặc biệt là các ứng dụng HDTV và việc lưu trữ như đóa HD DVD và Blu-ray.
+ High 10 Profile (Hi10P): Profile này là sự phát triển của HiP với số bit mã
hóa và lượng tử là 10 bit (HiP 8 bit).
+ High 4:2:2 Profile (Hi422P): Profile này xử lý tín hiệu video một cách
chuyên nghiệp, profile này được xây dựng trên Hi10P hỗ trợ thêm đònh dạng 4:2:2,
sử dụng 10 bit cho mã hóa và lượng tử.
+ High 4:4:4 Predictive Profile: Profile này phát triển dựa trên Hi422P hỗ
trợ đònh dạng 4:4:4, sử dụng 14 bit cho việc mã hóa và lượng tử.

CB
P
Baseline Extended Main

High

High
10
High
4:2:2

High 4:4:4
Predictive

Slices I và P
Ye
s
Yes Yes Yes Yes Yes

Yes Yes
Slices B
No

No Yes Yes Yes Yes

Yes Yes
Slices SI và SP

No

No Yes No No No No No
Frames tham
chiếu
Ye
s
Yes Yes Yes Yes Yes

Yes Yes
In-Loop
Deblocking
Filter
Ye
s
Yes Yes Yes Yes Yes

Yes Yes

Luận văn tốt nghiệp - 15 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
CAVLC Entropy
Coding
Ye
s
Yes Yes Yes Yes Yes

Yes Yes
CABAC Entropy
Coding
No

No No Yes Yes Yes

Yes Yes
Flexible
Macroblock

Ordering (FMO)

No

Yes Yes No No No No No
Arbitrary Slice
Ordering (ASO)

No

Yes Yes No No No No No
Redundant
Slices (RS)
No

Yes Yes No No No No No
Data
Partitioning
No

No Yes No No No No No
Interlaced
Coding (PicAFF,
MBAFF)
No

No Yes Yes Yes Yes

Yes Yes
Hệ số màu 4:2:0

Ye
s
Yes Yes Yes Yes Yes

Yes Yes
Hệ số màu đơn
sắc (4:0:0)
No

No No No Yes Yes

Yes Yes
Hệ số màu 4:2:2

No

No No No No No Yes Yes
Hệ số màu 4:4:4

No

No No No No No No Yes
Lấy mẫu 8 Bit

Ye
s
Yes Yes Yes Yes Yes

Yes Yes

Lấy m
ẫu 9 và 10
No

No No No No Yes

Yes Yes
Lấy mẫu từ 11
đến 14 Bit
No

No No No No No No Yes
Biến đổi thích
nghi 8x8 và 4x4

No

No No No Yes Yes

Yes Yes
Quantization
Scaling Matrices

No

No No No Yes Yes

Yes Yes
Điều kiển riêng
Cb và Cr

No

No No No Yes Yes

Yes Yes
Mã hóa màu
riêng biệt
No

No No No No No No Yes

Luận văn tốt nghiệp - 16 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
Mã hóa dự đoán
không tổn hao
No

No No No No No No Yes
Bảng 1.5: Các tham số của profile
 Levels:
Số
level

Số MB
max/
giây

Kích
thước

khung
max
(MB)
Vmax
Baseline,
Extended
and Main
Profiles
Vmax
của
High
Profile
Vmax
của
High 10
Profile

Vmax của
High 4:2:2
and
High 4:4:4
Predictive

Các ví dụ về độ phân
giải cao @ khung
(lưu trữ khung tối đa)

trong levels
1
1485 99 64 Kbps

80
Kbps
192
Kbps
256 Kbps

(8)
(4)
1b

1485 99
128
Kbps
160
Kbps
384
Kbps
512 Kbps
(8)
(4)
1,1

3000 396
192
Kbps
240
Kbps
576
Kbps

68 Kbps
(9)
(3)
(2)
1,2

6000 396
384
Kbps
480
Kbps
1152
Kbps
1536
Kbps
(7)
(6)
1,3

11880

396
768
Kbps
960
Kbps
2304
Kbps
3072
Kbps

(7)
(6)
2 11880

396 2 Mbps
2,5
Mbps
6
Mbps
8 Mbp
(7)
(6)
2,1

19800

792 4 Mbps
5
Mbps
12
Mbps
16 Mbps
(7)
(6)
2,2

20250

1620 4 Mbps
5

Mbps
12
Mbps
16 Mbps
(10)
(7)
(6)
(5)
3
40500

1620 10 Mbps

12,5
Mbps
30
Mbps
40 Mbps
(12)
(10)
(6)
(5)
3,1

108000

3600 14 Mbps

17,5
Mbps

42
Mbps
56 Mbps
(13)
(11)

Luận văn tốt nghiệp - 17 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
(5)
3,2

216000

5120 20 Mbps

25
Mbps
60
Mbps
80 Mbps
(5)
(4)

4
245760

8192 20 Mbps

25

Mbps
60
Mbps
80 Mbps
(9)
(4)
(4)

4,1

245760

8192 50 Mbps

62,5
Mbps
150
Mbps
200
Mbps
(9)
(4)

(4)

4,2

522240

8704 50 Mbps

62,5
Mbps
150
Mbps
200
Mbps
(4)

(4)

5
589824

22080
135
Mbps
168,7
Mbps
405
Mbps
540
Mbps
(13)

(13)

(12)

(5)

(5)

5,1

83040

36864
240
Mbps
300
Mbps
720
Mbps
960 Mbps

(16)

(5)
(5)
Bảng 1.6: Các tham số của level
Vmax: Là tốc độ bit cực đại của tín hiệu video
c) Tính kế thừa của chuẩn nén H.264 (MPEG-4 AVC)
Mục tiêu chính của chuẩn nén H.264 đang phát triển nhằm cung cấp video có
chất lượng tốt hơn nhiều so với những chuẩn nén video trước đây. Điều này có thể
đạt được nhờ sự kế thừa các lợi điểm của các chuẩn nén video trước đây. Không
chỉ thế, chuẩn nén H.264 còn kế thừa phần lớn lợi điểm của các tiêu chuẩn trước
đó là H.262 (MPEG-2) bao gồm 4 đặc điểm chính như sau:
 Phân chia mỗi hình ảnh thành các Block (bao gồm nhiều điểm ảnh), do vậy
quá trình xử lý từng ảnh có thể được tiếp cận tới mức Block.

 Khai thác triệt để sự dư thừa về mặt không gian tồn tại giữa các hình ảnh liên
tiếp bởi một vài mã của những Block gốc thông qua dự đoán về không gian, phép
biến đổi, quá trình lượng tử và mã hoá Entropy (hay mã có độ dài thay đổi VLC).
 Khai thác sự phụ thuộc tạm thời của các Block của các hình ảnh liên tiếp bởi
vậy chỉ cần mã hoá những chi tiết thay đổi giữa các ảnh liên tiếp. Việc này được

Luận văn tốt nghiệp - 18 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
thực hiện thông qua dự đoán và bù chuyển động. Với bất kỳ Block nào cũng có thể
được thực hiện từ một hoặc vài ảnh mã hoá trước đó hay ảnh được mã hoá sau đó
để quyết đònh vector chuyển động, các vector này được sử dụng trong bộ mã hoá
và giải mã để dự đoán các loại Block.
 Khai thác tất cả sự dư thừa về không gian còn lại trong ảnh bằng việc mã
các block dư thừa. Ví dụ như sự khác biệt giữa block gốc và block dự đoán sẽ được
mã hoá thông qua quá trình biến đổi, lượng tử hoá và mã hoá Entropy.
d) Cơ chế nén ảnh của H.264 (MPEG-4 AVC)
Với chuẩn nén H264, mỗi hình ảnh được phân chia thành nhiều block, mỗi
block tương ứng với một số lượng nhất đònh các MacroBlock. Ví dụ một hình ảnh
có độ phân giải QCIF (tương đương với số lượng điểm ảnh 176x144) sẽ được chia
thành 99 MacroBlock với kích cỡ 16x16. Một sự phân đoạn các MacroBlock tương
tự được sử dụng các kích cỡ ảnh khác. Thành phần chói của ảnh được lấy mẫu
tương ứng với độ phân giải của ảnh đó, trong khi đó thành phần màu C
R
và C
B
được
lấy mẫu với tần số thấp hơn theo 2 chiều ngang và dọc. Thêm vào đó mỗi hình ảnh
có thể được phân thành số nguyên lần các lát (slice), việc này rất có giá trò cho
việc tái đồng bộ trong trường hợp lỗi dữ liệu.

 Giảm bớt độ dư thừa: Cũng giống như các bộ giải mã khác, H.264 nén
video bằng cách giảm bớt độ dư thừa cả về không gian và thời gian trong hình ảnh.
Những dư thừa về mặt thời gian là những hình ảnh giống nhau lặp đi lặp lại từ
khung (frame) này sang khung khác, ví dụ như phần phông nền không chuyển động
của một chương trình đối thoại trên truyền hình. Dư thừa về không gian là những
chi tiết giống nhau xuất hiện trong cùng một khung, ví dụ như nhiều điểm ảnh
giống nhau tạo thành một bầu trời xanh.
 Chọn chế độ, phân chia và chế ngự: Bộ lập giải mã bắt đầu bằng việc
quyết đònh loại khung cần nén tại một thời điểm nhất đònh và chọn chế độ mã hoá
phù hợp. Chế độ “Intra” tạo ra ảnh “I”, trong khi chế độ “Inter” tạo ra khung “P”
hoặc “B". Sau đó, bộ mã hoá sẽ chia ảnh thành hàng trăm hàng và cột các điểm
ảnh của ảnh video số chưa nén thành các khối nhỏ hơn, mỗi khối có chứa một vài
hàng và cột điểm ảnh.
 Nén theo miền thời gian: Khi bộ mã hoá đang hoạt động ở chế độ “giữa
khối” (inter), khối này sẽ phải qua công đoạn hiệu chỉnh chuyển động. Quá trình
này sẽ phát hiện ra bất kỳ chuyển động nào diễn ra giữa khối đó và một khối tương
ứng ở một hoặc hơn một ảnh tham chiếu đã được lưu trữ từ trước, sau đó tạo ra một
khối “chênh lệch” hoặc “lỗi”. Thao tác này sẽ giảm bớt dữ liệu trong mỗi block
một cách hiệu quả do chỉ phải trình bày chuyển động của nó mà thôi. Tiếp đến là
công đoạn biến đổi côsin rời rạc (DCT-Discrete Cosine Transform) để bắt đầu nén

Luận văn tốt nghiệp - 19 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
theo miền không gian. Khi bộ mã hoá hoạt động ở chế độ “trong khối” (intra), khối
này sẽ bỏ qua công đoạn hiệu chỉnh chuyển động và tới thẳng công đoạn DCT.
 Nén theo miền không gian: Các khối thường có chứa các điểm ảnh tương tự
hoặc thậm chí giống hệt nhau. Trong nhiều trường hợp, các điểm ảnh thường không
thay đổi mấy (nếu có). Như vậy có nghóa là tần số thay đổi giá trò điểm ảnh trong
khối này là rất thấp. Những khối như thế được gọi là khối có tần số không gian

thấp. Bộ lập mã lợi dụng đặc điểm này bằng cách chuyển đổi các giá trò điểm ảnh
của khối thành các thông tin tần số trong công đoạn biến đổi côsin rời rạc.
+ Biến đổi cosin rời rạc:
Công đoạn DCT biến đổi các giá trò điểm ảnh của khối thành một ma trận
gồm các hệ số tần số ngang, dọc đặt trong không gian tần số. Khi khối ban đầu có
tần số không gian thấp, DCT sẽ tập hợp phần lớn năng lượng vào góc tần số thấp
của mạng. Nhờ vậy, những hệ số tần số thấp ở góc đó sẽ có giá trò cao hơn.
Một số lượng lớn các hệ số khác còn lại trên ma trận đều là các hệ số có tần
số cao, năng lượng thấp và có giá trò thấp. Hệ số DC và một vài hệ số tần số thấp
sẽ hàm chứa phần lớn thông tin được mô tả trong khối ban đầu. Điều này có nghóa
là bộ lập mã có thể loại bỏ phần lớn hệ số tần số cao còn lại mà không làm giảm
đáng kể chất lượng hình ảnh của khối.
Bộ lập mã chuẩn bò các hệ số cho công đoạn này bằng cách quét chéo mạng
lưới theo đường zig-zag, bắt đầu từ hệ số DC và qua vò trí của các hệ số ngang dọc
tăng dần. Do vậy nó tạo ra được một chuỗi hệ số được sắp xếp theo tần số.
+ Lượng tử hoá và mã hoá entropy:
Tại đây thao tác nén không gian mới thực sự diễn ra. Dựa trên một hệ số tỷ lệ
(có thể điều chỉnh bởi bộ mã hoá), bộ lượng tử hoá sẽ cân đối tất cả các giá trò hệ
số. Do phần lớn hệ số đi ra từ DCT đều mang năng lượng cao nhưng giá trò thấp
nên bộ lượng tử hoá sẽ làm tròn chúng thành 0. Kết quả là một chuỗi các giá trò hệ
số đã được lượng tử hoá bắt đầu bằng một số giá trò cao ở đầu chuỗi, theo sau là
một hàng dài các hệ số đã được lượng tử hoá về 0. Bộ lập mã entropy có thể theo
dõi số lượng các giá trò 0 liên tiếp trong một chuỗi mà không cần mã hoá chúng,
nhờ vậy giảm bớt được khối lượng dữ liệu trong mỗi chuỗi.
e) Các ưu điểm nổi bật của chuẩn nén H.264 (MPEG-4 AVC)
 Ưu điểm của nén không gian:
Chuẩn nén MPEG-4 AVC có hai cải tiến mới trong lónh vực nén không gian.
Trước hết, bộ lập mã này có thể tiến hành nén không gian tại các macroblock
16x16 điểm ảnh thay vì các block 8x8 như trước đây. Điều này giúp tăng cường

Luận văn tốt nghiệp - 20 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
đáng kể khả năng nén không gian đối với các hình ảnh có chứa nhiều khoảng lớn
các điểm ảnh giống nhau.
Thứ hai là thao tác nén được tiến hành trong miền không gian trước khi công
đoạn DCT diễn ra. Chuẩn nén MPEG-4 AVC so sánh macroblock hiện thời với các
macroblock kế bên trong cùng một khung, tính toán độ chênh lệch, và sau đó sẽ chỉ
gởi đoạn chênh lệch tới DCT. Hoặc là nó có thể chia nhỏ macroblock 16x16 điểm
ảnh thành các khối 4x4 nhỏ hơn và so sánh từng khối này với các khối kế bên trong
cùng một macroblock. Điều này giúp cải thiện khả năng nén ảnh chi tiết.
 Ưu điểm của nén thời gian:
Điểm cải tiến lớn nhất ở MPEG-4 AVC là chế độ mã hoá giữa. Những phương
pháp tiên tiến ở chế độ này khiến cho nén thời gian đạt đến một cấp độ cao hơn
nhiều, cùng với chất lượng chuyển động tốt hơn so với các chuẩn MPEG trước đây.
 Kích cỡ khối:
Ở chế độ giữa khối, MPEG-2 chỉ hỗ trợ các macroblock 16x16 điểm ảnh,
không đủ độ phân giải để mã hoá chính xác các chuyển động phức tạp hoặc phi
tuyến tính, ví dụ như phóng hay to thu nhỏ. Ngược lại, MPEG-4 AVC lại tăng
cường hiệu chỉnh chuyển động bằng cách cho phép bộ lập mã biến đổi kích cỡ
thành phần chói của mỗi macroblock. (Bộ lập mã sử dụng thành phần chói như vậy
là do mắt người nhạy cảm với chuyển động chói hơn nhiều so với chuyển động
màu.) MPEG-4 AVC có thể chia thành phần chói của từng macroblock thành 4 cỡ:
16x16, 16x8, 8x16 hoặc 8x8. Khi sử dụng khối 8x8, nó còn có thể chia tiếp 4 khối
8x8 này thành 4 cỡ nữa là 8x8, 8x4, 4x8 hoặc 4x4.

Hình 1.1: MPEG-4 AVC có thể phân chia thành phần chói của từng
MacroBlock theo nhiều cách để tối ưu hoá việc bù chuyển động.
Việc phân chia các macroblock cho phép bộ lập mã xử lý được một vài loại
chuyển động tuỳ theo độ phức tạp của chuyển động đó cũng như nguồn lực về tốc độ

bit. Nhìn chung, kích cỡ phân chia lớn phù hợp với việc xử lý chuyển động tại các
khu vực giống nhau trong ảnh, trong khi đó kích cỡ phân chia nhỏ lại rất có ích khi xử

Luận văn tốt nghiệp - 21 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
lý chuyển động tại các chỗ có nhiều chi tiết hơn. Kết quả là chất lượng hình ảnh cao
hơn, ít bò vỡ khối hơn.
Các cuộc thử nghiệm đã chỉ ra rằng việc sắp xếp hợp lý các khung có thể tăng
tỷ lệ nén thêm 15%. MPEG-4 AVC lấy phần chói của ảnh gốc và sử dụng các
macroblock đã được chia nhỏ tại các khu vực có nhiều chi tiết nhằm tăng cường
khả năng hiệu chỉnh chuyển động.
+ Độ chính xác trong hiệu chỉnh chuyển động
Trong đa số trường hợp, chuyển động tại rìa mỗi macroblock hay khối thường
diễn ra với độ phân giải nhỏ hơn một điểm ảnh. Do vậy, chuẩn nén MPEG-4 AVC
có thể đảm bảo độ chính xác trong hiệu chỉnh chuyển động lên tới 1/4 hoặc 1/8
điểm ảnh, trong khi các chuẩn MPEG trước đây chỉ dừng lại ở mức 1/2 điểm ảnh.
Khả năng đạt mức chính xác 1/8 ảnh điểm của MPEG-4 AVC giúp tăng hiệu suất
mã hoá tại tốc độ bit cao và độ phân giải video cao. Các thử nghiệm cho thấy độ
chính xác đến 1/4 điểm ảnh có thể làm giảm tốc độ bit xuống hơn 15% so với độ
chính xác 1 điểm ảnh.
+ Chọn nhiều hình tham chiếu
Chuẩn nén MPEG-2 chỉ dựa trên hai khung tham chiếu để dự đoán các chuyển
động mang tính chu kỳ. Tuy nhiên, khi camera thay đổi góc quay hay chuyển qua
chuyển lại giữa các cảnh, việc chỉ sử dụng hai khung tham chiếu không còn phù hợp
để dự đoán chính xác chuyển động. Tương tự như vậy, để đoán trước các chuyển động
phức tạp như sóng biển hay một vụ nổ, ta cần phải có nhiều hơn hai khung tham chiếu.
Vì thế, chuẩn MPEG-4 AVC cho phép có tới năm khung tham chiếu phục vụ cho việc
mã hoá giữa khung. Kết quả là chất lượng video tốt hơn và hiệu suất nén cao hơn.
+ Giải khối tích hợp

Video số sau khi nén thường tạo ra một hiệu ứng gọi là “kết khối”, có thể thấy
rõ tại điểm giao nhau giữa các khối, đặc biệt là khi có tốc độ bit thấp. Hiệu ứng này
là do công đoạn xử lý sử dụng nhiều loại chuyển động và bộ lượng tử khác nhau. Đối
với MPEG-2, cách duy nhất để ngăn chặn hiệu ứng này là sử dụng các cơ chế hậu xử
lý phù hợp, tuy nhiên các cơ chế này lại không tương thích được với tất cả các máy
thu. Chuẩn nén MPEG-4 AVC đưa vào sử dụng một bộ lọc giải khối hoạt động ở hai
cấp độ: macroblock 16x16 và khối 4x4. Việc giải khối thường tạo ra một tỉ số tín
hiệu trên nhiễu (SNR-Signal-to-noise ratio) cực điểm thấp hơn, tuy nhiên nhìn một
cách chủ quan thì nó tạo ra hình ảnh chất lượng tốt hơn.
 Ưu điểm về lượng tử hoá và biến đổi:
Chấm di động 8x8 DCT cùng với dung sai của lỗi làm tròn chính là phần cốt
lõi của các chuẩn MPEG trước đây. MPEG-4 AVC độc đáo hơn ở chỗ nó sử dụng

Luận văn tốt nghiệp - 22 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
biến đổi không gian nguyên (gần giống như DCT) đối với các khối 4x4 điểm ảnh.
Kích cỡ nhỏ giúp giảm bớt hiện tượng “kết khối”, trong khi thông số nguyên tuyệt
đối giúp loại bỏ nguy cơ không thích ứng giữa bộ lập mã và giải mã trong phép
biến đổi ngược. Thêm vào đó, dãy hệ số xích lượng tử lớn hơn khiến cho cơ chế
kiểm soát tốc độ dữ liệu ở bộ lập mã hoạt động một cách linh hoạt hơn dựa trên
một tỉ lệ phức hợp vào khoảng 12,5% thay cho một mức tăng lượng gia không đổi.
 Ưu điểm đối với mã hoá entropy:
Sau khi tiến hành hiệu chỉnh, biến đổi và lượng tử hoá chuyển động, các bộ
lập mã MPEG trước đây sẽ vạch ra các symbol biểu diễn vector chuyển động và hệ
số đã lượng tử hoá thành các bit thực sự. Ví dụ như chuẩn nén MPEG-2 sử dụng
phương pháp mã có chiều dài biến thiên tónh (VLC-Variable-length code) không
thể tối ưu hoá trong môi trường video thời gian thực (trong đó nội dung và các cảnh
biến đổi theo thời gian).
MPEG-4 AVC sử dụng mã hoá thuật toán nhò phân theo tình huống CABAC

(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding). Hiệu suất mã hoá của CABAC cao
hơn hẳn nhờ khả năng thích nghi với các thay đổi có thể xảy ra trong phân bổ
symbol. Ví dụ, nó có thể khai thác sự tương quan giữa các symbol và từ đó sử dụng
sự tương quan bit và thuật toán mã hoá. Cơ chế này có thể giúp tiết kiệm thêm một
lượng bit vào khoảng hơn 5%.
f) Kết luận
MPEG-4 AVC đánh dấu một bước ngoặt trong lónh vực nén video, áp dụng
các kỹ thuật tiên tiến nhằm mục đích sử dụng băng thông hiệu quả hơn và đem lại
chất lượng ảnh cao hơn. Với các kỹ thuật này, MPEG-4 AVC có thể giảm tốc độ bit
xuống hơn 50% so với chuẩn MPEG-2. Tuy nhiên, MPEG-4 AVC đòi hỏi một cấp
độ phức tạp cao hơn trong cả quá trình mã hóa lẫn giải mã. Mặc dù vậy, thử thách
này hoàn toàn có thể chinh phục được nhờ có những tiến bộ mới liên tiếp trong khả
năng xử lý phần mềm cũng như phần cứng. Điều này có nghóa là MPEG-4 AVC có
khả năng thay thế hoàn toàn MPEG-2 trong thời gian tới.


Luận văn tốt nghiệp - 23 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
Chương 2: Công nghệ nén và ghép kênh
1. Công nghệ nén
1.1 Nhu cầu của công nghệ nén trong truyền hình
Với công nghệ số phát triển vượt bậc như hiện nay, các thiết bò đều có dải
thông nhất đònh, các dòng tín hiệu số tốc độ cao yêu cầu dải thông rất rộng vượt
quá khả năng cho phép của các thiết bò. Một cách sơ bộ, nén là quá trình làm giảm
tốc độ bit của các dòng dữ liệu tốc độ cao mà vẫn đảm bảo chất lượng dữ liệu cần
lưu trữ hoặc truyền tải.
Ví dụ như tín hiệu video sau khi được số hóa 8 bit có tốc độ 216 Mbps, với tốc
độ này vượt quá khả năng truyền của một kênh truyền hình, vì vậy trong lónh vực
truyền hình việc sử dụng công nghệ nén gần như tất yếu để giảm tốc độ bit.

Trung tâm của mạng phát sóng video số bao gồm hệ thống nén, nó cung cấp
chương trình video, audio chất lượng cao cho người xem bằng cách chỉ sử dụng một
phần nhỏ độ rộng băng tần mạng. Mục đích của nén dữ liệu là tối thiểu hóa khả năng
lưu trữ và truyền dẫn phát sóng thông tin (ghép nhiều thông tin vào một dòng truyền).
Hệ thống nén tín hiệu bao gồm các bộ mã hóa số và các bộ ghép kênh, các bộ
giải mã có nhiệm vụ chuyển tín hiệu analog sang số có nén và xáo trộn thành một
dòng audio-video và dữ liệu khác dưới dạng số có nén. Mã hóa số cho phép truyền
dẫn phát sóng nhiều chương trình audio-video chất lượng cao qua cùng độ rộng băng
tần như một kênh sóng audio-video analog (8 MHz ở Việt Nam).
1.2 Công nghệ nén audio chuẩn ISO/MPEG-1
Đây là tiêu chuẩn mã hóa audio với tần số lấy mẫu là 32,441 KHz và 48 KHz,
tốc độ bit khoảng 32-192 Kbps cho âm thanh mono và 64-384 Kbps cho âm thanh
stereo.
Có hai phương pháp để giảm tốc độ bit của tín hiệu audio:
 Phương pháp 1: Chủ yếu là loại bỏ tín hiệu dư thừa audio bằng phép tương
quan thống kê.
 Phương pháp 2: Sử dụng che mặt nạ thời gian và phổ tần số.
Sử dụng hai phương pháp trên thì tốc độ bit cần truyền giảm xuống 200 Kbps
và thậm chí thấp hơn đối với âm thanh stereo.
Sau đây là sơ đồ hệ thống audio trong truyền hình số.


Luận văn tốt nghiệp - 24 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận

Hình 2.1: Hệ thống audio trong truyền hình số
Sau đây ta xét sơ đồ mạch mã hóa và giải mã của hệ thống audio lớp 1 và 2
theo tiêu chuẩn (ISO/MPEG).

Hình 2.2: Sơ đồ khối mạch mã hoá audio lớp 1 và 2 theo chuẩn ISO/IEC 11172-1,
2
Tùy thuộc vào từng ứng dụng khác nhau, hệ thống mã hóa tín hiệu audio có
ba lớp với mức độ phức tạp tăng dần. Đối với cả ba lớp tín hiệu được biến đổi từ
miền thời gian sang miền tần số bằng 32 băng lọc phụ.

Hình 2.3: Sơ đồ khối mạch giải mã audio lớp 1 và 2 theo chuẩn ISO/IEC 11172-2

Dữ liệu
audio đã
mã hóa
Mô hình “Tâm
lý âm thanh”

Biểu số FFT
(1024 đie
åm)

Băng lọc

(32 băng phụ)

Lượng tử hóa
tuyến tính

Mã hóa các
thông tin phụ

Đònh
dạng

dòng bit
và mã
sữa sai
Điều kiển từ
xa

Dữ liệu
audio vào
Dữ liệu phụ

0

31

31

0

Audio

vào
Inner

Interleaver
Giải mã
audio


Mở gói PES

Mã hóa
audio

Đóng gói
Đóng gói
Giải điều
chế RF

Dòng ES

Dòng PES

Dòng PES

RF
Audio

ra

Tách
kênh và
phát
hiện lỗi,
sửa sai
Giải
lượng tử

Quá trình
ngược của
băng lọc

(32 băng
phụ)
Giải mã thông
tin phụ
Dữ liệu đã
mã hoá

Dữ liệu phụ

0

31

31

0

Tín hiệu audio
stereo


Luận văn tốt nghiệp - 25 -
Thiết kế headend SD, HD
GVHD: ThS. Phan Thanh SVTH: Tống Hồ Phú Thuận
Lớp 1, 2 biểu thò tín hiệu audio đầu vào bằng 32 băng lọc phụ, những thông số
này được lượng tử hóa và mã hóa dưới sự khống chế của mô hình âm thanh.
Lớp 1 chỉ biến thể giản ước của phương pháp mã hóa MPEG-1 và được sử
dụng chủ yếu trong các ứng dụng dân dụng.
Lớp 2 thực hiện việc nén tín hiệu và thực hiện việc lượng tử hóa tinh hơn, ứng
dụng nhiều kể cả dân dụng lẫn chuyên dụng.

Hình 2.4: Sơ đồ khối mạch giải mã audio lớp 3 theo chuẩn ISO/IEC 11172-3


Hình 2.5: Sơ đồ khối mạch giải mã audio lớp 3 theo chuẩn ISO/IEC 11172-3
Lớp 3 là sự mã hóa các môđun hiệu quả của 2 loại mã ASPEC và MUSICAM.
Mỗi băng lọc phụ lại được chia nhỏ nhiều đường nên có độ phân giải cao hơn. Ở lớp
này nếu muốn hiệu quả nén cao phải dùng phương pháp lượng tử hóa phi tuyến.
1.3 Công nghệ nén video chuẩn MPEG
1.3.2 Nén video theo chuẩn MPEG-1
Tiêu chuẩn MPEG-1 gồm 4 phần:
Phần 1: Hệ thống (ISO/IEC 11172-1).
Phần 2: Nén video (ISO/IEC 11172-2).
Phần 3: Nén audio (ISO/IEC 11172-3).
Dữ liệu
audio đã
mã hoá
Dữ liệu
audio vào


Biểu số
FFT
(1024
điểm)

Băng
lọc
(32
băng

phụ)


DCT

Mã hóa các
thông tin phụ

Đònh
dạng
dòng
bit và
mã sữa
sai
Mô
hình
Điều kiển
từ xa
Dữ liệu phụ

0
31 575

0

-Vòng kiểm
soát méo
-Lượng tử hoá
phi tuyến tính

-Vòng kiểm
soát tốc độ bít

0
575

Mã hoá
Huffanm

0
575

Tín hiệu
audio
stereo


Tăng kênh
và phát
hiện lỗi,
sữa sai

DCT

Giải mã thông
tin phụ

Quá trình
ngược
của băng

lọc (32
băng phụ)


Dữ liệu
audio vào

Dữ liệu phụ
0

575

31

0


Giải lượng
tử
0

575


DCT

0

31