Truyền hình số có độ phân giải cao HDTV và khả năng ứng dụng tại Việt Nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





Nguyễn Thị Thu Trang






TRUYỀN HÌNH SỐ CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV VÀ
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM






Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Ngô Thái Trị











Hà Nội – 2009
MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV 3
1.1.Khái niệm HDTV 3
1.1.1. Khái niệm và ƣu điểm của HDTV [5] 3
1.1.2.Tỷ lệ khuôn hình [3] 3
1.1.3.Đặc tính quét ảnh 4
1.1.4.Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu 5
1.2.Lịch sử và xu hƣớng phát triển [5] 7
1.2.1. HDTV tại Nhật Bản 7
1.2.2. HDTV tại Mỹ 8
1.2.3. HDTV tại châu Âu. 9
1.3.Mô hình tổng quan của hệ thống HD 11
1.3.1.Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend) 11

1.3.2.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu 12
1.3.3.Thiết bị đầu cuối thuê bao 12
CHƢƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƢỢC SỬ DỤNG
TRONG HDTV 13
2.1.Tần số lấy mẫu và cấu trúc lấy mẫu 13
2.2.Lƣợng tử hoá 14
2.3.Nén video số bằng MPEG [3] 16
2.3.1.Tổng quan nén MPEG 16
2.3.2.Nguyên lý nén Video 17
2.3.3.Nén trong ảnh 18
2.3.4.Nén liên ảnh 19
2.4.Nén MPEG 4 [3] 21
2.4.1.Tổng quan về MPEG 4 21
2.4.2 MPEG 4 Profile 26
2.4.3 MPEG 4 Visual (Part 2) 30
2.4.4. MPEG 4 AVC (Part 10)/ H264 34
2.5.Nén HDTV 41
2.6.Chuyển đổi âm thanh tiêu chuẩn SD sang âm thanh tiêu chuẩn HD 44
CHƢƠNG 3: TRUYỀN DẪN HDTV 46
3.1.Phát HDTV qua vệ tinh 46
3.1.1. Phát sóng theo chuẩn DVB-S 47
3.1.2. Chuẩn DVB-S2 [4] 48
3.1.3. Phát HDTV qua vệ tinh sử dụng DVB-S2 50
3.2.Phát HDTV qua sóng mặt đất 51
3.2.1. Chuẩn DVB-T 52
3.2.2. Chuẩn DVB-T2 [4] 53
3.3.Phát HDTV qua mạng cáp 64
3.3.1. Phát HDTV qua chuẩn DVB-C 64
3.3.2. Giới thiệu DVB-C2[4] 69
3.3.3. Kiến trúc hệ thống DVB-C2 70

3.4.Phát HDTV qua IP 80
CHƢƠNG 4: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 82
4.1.Mô hình mô phỏng 82
4.1.1.Mô hình hệ thống DVB-T 82
4.1.2.Mô hình hệ thống DVB-T2 83
4.1.3.Mô hình hệ thống DVB-S2 84
4.2.Đánh giá một số kết quả mô phỏng 84
4.2.1.Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T 84
4.2.2.Hệ thống DVB-S2 85
4.2.3.Hệ thống DVB-T2 85
CHƢƠNG 5: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HDTV TẠI VIỆT NAM 87
5.1.Cơ sở lý thuyết của việc chuyển đổi 88
5.1.1.Chuyển đổi khuôn hình 88
5.1.2.Kỹ thuật De-interlacing [6] 89
5.1.3.Kỹ thuật upconvesion [6] 91
5.2.Tiêu chuẩn công nghệ và lựa chọn thiết bị cho hệ thống 93
5.2.1.Các yếu tố phải đáp ứng của hệ thống truyền hình cáp 95
5.2.2.Dây truyền công nghệ và lựa chọn thiết bị 95
KẾT LUẬN: 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO 102


1

MỞ ĐẦU
HDTV (High-definition television) là hệ thống truyền hình số quảng bá có
độ phân giải cao cho hình ảnh đẹp, sắc nét, màu sắc đa dạng phong phú kết hợp
với hệ thống âm thanh số trung thực, đa kênh tạo ra một dịch vụ có chất lƣợng
nổi trội so với các hệ thống truyền hình truyền thống (PAL, NTSC, SECAM)
Chuẩn truyền hình này đƣa đến cho ngƣời xem không chỉ cảm nhận về

chất lƣợng hình ảnh tốt với độ phân giải cao mà còn mang lại một cảm giác ấn
tƣợng về vẻ đẹp, độ chân thực, độ sâu và kích thƣớc của toàn bộ hình ảnh. Hơn
thế nữa, với việc cung cấp tín hiệu âm thanh vòng (surround sound) 5.1 đã mang
lại cho ngƣời xem một cảm giác nhƣ đang ngồi trong rạp chiếu phim.
Việc ngƣời dùng chuyển lên HDTV thay thế SDTV đƣợc coi là một bƣớc
tiến đáng nhớ cho ngành công nghiệp điện tử gia dụng, tƣơng tự nhƣ việc nhân
loại chuyển từ tivi đen trắng sang tivi màu trƣớc đây.
Việc truyền dẫn dịch vụ HDTV trên công các công nghệ khác nhau đặc
biệt là sử dụng chuẩn DVB (T,S,C) đang gặp khó khăn về yêu cầu cân bằng giữa
băng thông tín hiệu và chất lƣợng kênh truyền. Sự ra đời của chuẩn nén mới
MPEG-4/AV đã cải thiện đƣợc hiệu suất nén dòng tín hiệu và hiệu quả sử dụng
kênh truyền. Đầu năm 2009 đánh dấu sự công nhận hệ tiêu chuẩn thứ 2 của
DVB gồm DVB- T2, DVB-S2, DVB-C2 với việc làm giảm rất nhiều dung lƣợng
của kênh, tăng độ tin cậy và khả năng chống nhiễu do vậy càng thúc đẩy sự phát
triển mạnh của dịch vụ HDTV.
Hiện nay tại Việt Nam truyền hình độ phân giải cao vẫn là một khái niệm
rất mới đối với ngƣời sử dụng. Trên thị trƣờng chỉ xuất hiện màn hình Plasma và
LCD có thể xem truyền hình với độ phân giải cao, việc sản xuất chƣơng trình
cũng nhƣ cung cấp loại hình dịch vụ này mới đang trong giai đoạn xây dựng
phƣơng án đầu tƣ, nghiên cứu và phát thử nghiệm.
Luận văn “Truyền hình số có độ phân giải cao HDTV và khả năng
ứng dụng tại Việt Nam” đi vào nghiên cứu các công nghệ, chuẩn sử dụng trên
HDTV và đánh giá so sánh đƣợc hiệu quả của việc sử dụng tiêu chuẩn DVB thứ
2 trong truyền dẫn phát sóng HDTV. Đồng thời cũng đánh giá đƣợc hiện trạng
việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào nƣớc ta để cho ngƣời sử dụng có một
cách sâu sắc hơn về dịch vụ mới HDTV tại Việt Nam.
Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 5 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan HDTV

2

Chƣơng 2: Các công nghệ và kỹ thuật sử dụng trong HDTV: Lấy mẫu,
lƣợng tử hoá, nén video số, chuẩn nén MPEG4, MPEG-4/AVC, kỹ thuật âm
thanh vòng sử dụng trong HDTV
Chƣơng 3: Các công nghệ truyền dẫn HDTV, giới thiệu chuẩn DVB thế
hệ thứ 2 (DVB-T2,DVB-S2,DVB-C2) và so sánh đánh giá hiệu quả kênh truyền.
Chƣơng 4: Một số kết quả mô phỏng sử dụng phần mềm mô phỏng
MATLAB 2009a về mô phỏng hệ HDTV, so sánh đánh giá hiệu suất về việc
dùng chuẩn DVB đầu tiên và thế hệ thứ 2 qua mã hoá LDPC
Chƣơng 5: Ứng dụng triển khai HDTV tại Việt Nam. Qua việc giới thiệu
đề án xây dựng hệ thống HDTV tại Truyền hình cáp Việt Nam giúp chúng ta
hiểu kỹ hơn về việc triển khai HDTV.
Qua lời nói đầu tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS.Ngô Thái Trị,
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong quá trình hoàn thiện bản luận văn này;
cũng xin đƣợc cảm ơn các thầy cô giáo, bạn học cùng lớp, bạn bè đồng nghiệp
đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.


Hà Nội, tháng 12 năm 2009
Học viên

Nguyễn Thị Thu Trang

3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV
1.1.Khái niệm HDTV
1.1.1. Khái niệm và ƣu điểm của HDTV [5]
HDTV sử dụng các kỹ thuật tiên tiến để tăng thêm các chi tiết ảnh và cải
tiến chất lƣợng âm thanh cung cấp tới tivi. Chất lƣợng hình ảnh tƣơng đƣơng với
35 mm phim camera, chất lƣợng âm thanh tƣơng đƣơng với một máy nghe nhạc
compact. Để đạt đƣợc điều đó HDTV đã tạo thêm các dòng điện tử quét ngang
màn hình và thêm các electron để tạo thêm chi tiết ảnh. Các hệ thống truyền
hình truyền thống cung cấp loại tivi với 525 dòng quét (NTSC) với 300 điểm
ảnh trên/dòng. HDTV sử dùng hơn 1000 dòng quét với khoảng 1000 điểm ảnh
trong một dòng. Với việc tăng thông tin cho hình ảnh nên HDTV yêu cầu một
băng thông cao hơn hẳn so với hệ thống truyền hình truyền thống do đó tăng
hiệu suất sử dụng băng thông.

Các ƣu điểm của HDTV so với SDTV
- Khuôn hình rộng hơn, hình ảnh có độ sắc nét rõ ràng.
- Âm thanh với chất lƣợng cao.
- Băng thông sử dụng hẹp.
Khả năng chống xuyên nhiễu tốt, một số hiện tƣợng nhƣ bóng hình
(ghosting), hoặc muỗi (snow) không tìm thấy với hệ thống HDTV.
1.1.2.Tỷ lệ khuôn hình [3]
Tỷ lệ khuôn hình là tỷ lệ giữa chiều ngang và chiều cao của hình ảnh, về
bản chất là tỷ lệ giữa số điểm ảnh tích cực của 1 dòng trên số dòng tích cực. Tỷ
lệ truyền thống là 4:3, còn tỷ lệ của một khuôn hình rộng là 16:9. Một số ƣu
điểm của khuôn hình rộng là:
+ Góc nhìn thấy của con ngƣời khoảng xung quanh 120
o
, nhƣng khi nhìn
màn hình nhỏ tỷ lệ 4:3 từ khoảng cách vài mét, chúng ta sẽ phải làm hẹp góc
nhìn một cách đáng kể thậm chí lên đến 10
o
. Điều này làm giảm khả năng cảm
thụ hình ảnh.
+ Tỷ lệ khuôn hình 16:9 (1.78:1) gần hơn với tỷ lệ khuôn hình sử dụng
trong điện ảnh (thƣờng là 1.85:1 hoặc 2.35:1).
+ Phần lớn các chuyển động trên màn hình đƣợc thực hiện theo chiều
ngang (ví dụ bóng đá, đua xe), do đó màn hình rộng sẽ có thể đáp ứng tốt hơn.
+ Màn hình rộng cũng có nghĩa giảm bớt số lƣợng các hình cận cảnh và
chuyển cảnh. Mặt khác các chuyển động trên màn hình rộng là liền mạch và liên
tục với chƣơng trình có tính phim ảnh. Nói một cách đơn giản là có thể giảm bớt


4

đƣợc các chuyển cảnh nhanh do ta có thể nhìn đƣợc nhiều hơn trên màn hình
rộng
Hình sau đây sẽ cho ta thấy hiệu quả của tỷ lệ khuôn hình.














Khoảng cách nhìn: 3H Khoảng cách nhìn: 7H
Góc nhìn: 30
0
Góc nhìn: 10
0

Hình 1.1: So sánh giữa HDTV và SDTV về tỷ lệ khuôn hình
HDTV sử dụng tỷ lệ khuôn hình rộng 16:9.
1.1.3.Đặc tính quét ảnh
Với định dạng 720p, tần số mành cũng là tần số khung, mỗi khung hình
truyền đi bao gồm 1 mành quét với 750 dòng tín hiệu
Với định dạng 1080i, một khung hình gồm 1125 dòng tín hiệu, đƣợc
truyền đi bằng 2 mành. Mành 1 gồm các dòng lẻ, gồm có 563 dòng. Mành 2

gồm các dòng chẵn, gồm có 562 dòng. Tần số khung tƣơng ứng với 2 hệ tần số
là 25Hz và 30Hz.
Tần số dòng với định dạng 1080/30i: f
H
= 30 x 1125 = 33750Hz.
Tƣơng tự nhƣ vậy, tần số dòng với các định dạng 1080/25i là 28125Hz,
với định dạng 720/60p là 45000Hz, với định dạng 720/50p là 37500Hz.
Bảng sau đây thể hiện các thông số quét ảnh của HDTV tƣơng tự

STT
Thông số
50Hz
60Hz
720p
1080i
720p
1080i
1
Tần số khung
50
25
60
30


16
9

5

(Hz)
2
Tần số mành
(Hz)
50
50
60
60
3
Dạng quét
1:1
2:1
1:1
2:1
4
Tổng số dòng
750
1125
750
1125
5
Dòng tích cực
720 (26 đến
745)
1080 (21-560,
564-1123)
720 (26 đến

745)
1080 (21-
560, 564-
1123)
6
Dòng trống
30 (1-25,
746-750)
45 (1-20, 561-
563, 1124-
1125)
30 (1-25,
746-750)
45 (1-20,
561-563,
1124-1125)
7
Tần số dòng (f
H
,
Hz)
37500
28125
45000
33750
Bảng 1.1: Thông số quét ảnh của HDTV
1.1.4.Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu
Độ phân giải đứng tƣơng đƣơng với số lần chuyển đổi giữa dòng tín hiệu
mức trắng và mức đen trong toàn ảnh. Từ những năm 1930, đã xác định độ phân
giải chiều đứng đƣợc tính bằng 70% của số dòng tích cực. Hệ số 0.7 đƣợc gọi là

hệ số K (Kell Factor).
Độ phân giải chiều đứng thƣờng đƣợc thể hiện ở dạng số dòng của chiều
cao 1 ảnh (LPH – Lines per piture height), giá trị này đƣợc dùng để xác định
mức phân giải đứng tối đa có thể hiển thị đƣợc. Nếu 1 ảnh yêu cầu độ phân giải
cao hơn giá trị phân giải đứng của mành thì ảnh sẽ bị mờ.
Độ phân giải ngang của mành sẽ quyết định bề rộng băng thông cần thiết
để truyền tín hiệu. Ta sẽ tính toán trên ví dụ là hệ 1080/25i nhƣ sau:
Số dòng tích cực: 1080
Độ phân giải đứng: 1080 x 0.7 = 756 LPH
Với tỷ lệ khuôn hình 16:9, chiều ngang của mành phải đảm bảo hiển thị
số điểm ảnh là: 756 x 16/9 = 1344 điểm ảnh.
Tần số mành của hệ 1080/25i là: 28125Hz, do đó thời gian tích cực 1
dòng là:
(1/28125) x (1920/2640) = 25.858s
Do chiều ngang có số điểm ảnh là 1344, nên số lần chuyển đổi điểm ảnh
đen trắng trên 1 dòng là 1344/2 = 672 lần.
Thời gian 1 lần chuyển đổi là: 25.858/672 = 0.0384s
Tần số cực đại là: 1/0.0384 = 26.04 MHz


6

Đây cũng chính là độ rộng băng thông tối thiểu cần thiết để truyền tín
hiệu đảm bảo độ phân giải đứng và ngang nói trên. Nếu giảm độ rộng băng
thông truyền tín hiệu, sẽ làm giảm độ phân giải hình.
Tính toán trên là với tín hiệu chói, với tín hiệu hiệu mầu, độ rộng băng
thông tƣơng ứng sẽ là 13MHz.
Độ phân giải của SDTV ở châu Âu là 720 điểm ảnh trên một dòng, 575
dòng tích cực trong một mành đƣợc quét xen kẽ, tƣơng đƣơng với 0.41Mpixels.
Tại Bắc Mỹ số dòng tích cực thậm chí còn ít hơn, chỉ có 480 dòng quét xen kẽ.

Độ phân giải của định dạng HDTV 1080i là hơn 2Mpixels, tức là cao hơn 5 lần
so với SDTV.
Cũng cần phải nhấn mạnh rằng, một đĩa DVD hay một chƣơng trình
truyền hình số (truyền qua cáp, vệ tinh số, hay số mặt đất) cũng chỉ có 575 dòng
tích cực mặc dù rất nhiều ngƣời nghĩ rằng DVD hay truyền hình số hiện nay là
có độ phân giải cao.
Để có thể dán nhãn HD ready, thiết bị cần ít nhất 720 dòng vật lý, nhƣng
hiện nay phần lớn các TV màn hình phẳng có 768 dòng. Các Projector độ phân
giải cao thƣờng đƣợc gọi là Projector 720p có độ phân giải là 1280x720. Một
điều quan trọng cần nhấn mạnh là: Các yêu cầu để đạt HD ready không đề cập
đến số điểm ảnh trên 1 dòng, nhƣng ta cần hiểu rằng số điểm ảnh là càng nhiều
càng tốt. Độ phân giải đặc trƣng của hiển thị HD là: 1280x720(0.92Mpix),
1280x768(0.98Mpix), 1024x768(0.78Mpix), 1024x1024(1.05Mpix),
1366x768(1.05Mpix), 1920x1080(2.07Mpix). Thiết bị hiển thị với độ phân giải
gốc 1920x1080 đƣợc biết đến với tên HD đầy đủ (Full HD) hoặc bộ TV 1080p
hoặc Projector.


Hình 1.2: Tƣơng quan về độ phân giải


7

1.2.Lịch sử và xu hƣớng phát triển [5]
1.2.1. HDTV tại Nhật Bản
Năm 1968, hãng NHK của Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu và phát triển
HDTV, kết quả cho ra đời chuẩn kỹ thuật đầu tiên dành cho studio: Số dòng
quét/ảnh : 1125, tỷ lệ khuôn hình : 5/3, thƣơng pháp quét: xen kẽ, tần số mành :
60Hz, độ rộng băng tần : 20MHz.
Đến tháng 10/1984, hệ MUSE (Multiple SubNyquist Sampling Encoding)

đƣợc NHK thiết kế để phát sóng truyền hình tƣơng tự có độ phân giải cao qua vệ
tinh. Theo yêu cầu phát sóng, hệ MUSE còn đƣợc phát triển với nhiều version
khác nhau nữa. Trong đó, băng tần tín hiệu HDTV đƣợc nén từ 20MHz xuống
8.1MHz và có thể truyền, phát sóng qua vệ tinh. Nhật Bản cũng đƣợc ghi nhận
là nƣớc duy nhất phát thƣơng mại HDTV tƣơng tự và cũng đã có những thành
công nhất định.
Cho đến đầu những năm 2000 thì Nhật Bản đã chính thức chuyển sang
phát sóng HDTV số mặt đất theo tiêu chuẩn ISDB-T, và phát sóng số HDTV
qua vệ tinh theo tiêu chuẩn ISDB-S.
Hiện nay Nhật Bản sử dụng định dạng 1080i/60 với số mẫu trên 1 dòng là
1440 hoặc 1920.
Phát sóng trên mạng vệ tinh và sóng mặt đất theo chuẩn ISDB-T và
ISDB-S
-Mặt đất:
+ Có 17,9 triệu đầu thu HDTV số mặt đất đƣợc bán tính đến 1/2007
+ Đã phủ sóng 84 % lãnh thổ, tính đến cuối năm 2006
+ Một số kênh HDTV tại khu vực nội đô Tokyo
-Vệ tinh:
+ Có khoảng 20,4 triệu đầu thu HDTV số vệ tinh đƣợc bán, tính đến
1/2007.
+ Một số kênh HDTV qua vệ tinh tại Nhật Bản:

-Mạng cáp:




8

Hiện nay không triển khai trên mạng cáp, tuy nhiên các thuê bao của các

mạng vệ tinh và mặt đất có thể thu trực tiếp hoặc thông qua mạng cáp với các
thiết bị đầu cuối tƣơng thích.
-Thị trƣờng thiết bị hiển thị HDTV.
Đa dạng với nhiều model và nhà sản xuất. Giá thành ngày càng giảm.







-



Xu hƣớng phát triển
Theo lộ trình số hoá, đến năm 2011 thì Nhật Bản sẽ dừng phát sóng
analog, toàn bộ các thuê bao truyền hình tại gia sẽ là HDTV số.
Việc chuyển đổi từ các kênh mặt đất tƣơng tự sang số phát HDTV là kế
hoạch quốc gia của Nhật Bản và phải mất 4 năm mới hoàn thành.
Thị trƣờng TV phẳng nhƣ LCD, PDP phát triển mạnh mẽ và là những sản
phẩm chính trong thị trƣờng HDTV số rất đông đúc của Nhật Bản. Giá cả các
loại TV trên cũng giảm xuống một cách nhanh chóng, với xu hƣớng xuống còn
khoảng 50$/inche
HDTV sẽ trở lên thông dụng tại Nhật Bản, bản thân các nhà cung cấp dịch
vụ truyền hình cũng xác định tiêu chí này thông qua câu nói: HDTV là điều cần
thiết để sống sót.
1.2.2. HDTV tại Mỹ
Chính phủ Mỹ đã quyết định nghiên cứu một định dạng HDTV mới so với
NHK để có thể phù hợp với các hệ thống phát sóng hiện tại. Các nhà nghiên cứu

và các nhà sản xuất đã tập hợp lại thành 4 nhóm riêng biệt để thực hiện việc này.
Bản thân 4 nhóm đã xây dựng nên 4 hệ truyền hình HDTV riêng là: DigiCipher
HDTV System, DSC HDTV System, Advance Digital (AD) HDTV, và CCDC
HDTV System. Đó là tiền thân của tổ chức The Grand Alliance với hệ GA
HDTV, đƣợc thành lập vào ngày 24/5/1993 từ việc thống nhất 4 nhóm nói trên.



9

Trong quá trình xây dựng hệ thống HDTV, Grand Alliance đã nhận thấy
rằng, công nghệ mới này phải đƣợc chuyển sang số hoá để có thể tƣơng thích
với các hệ thống truyền hình hiện tại. Chính vì vậy, hệ thống HDTV tại Mỹ
đƣợc xây dựng từ đầu với truyền hình số và hoàn toàn khác biệt với Nhật Bản.
Đến năm 1996 thì FCC chính thức lập tiêu chuẩn cho HDTV, đƣợc phát
số mặt đất theo tiêu chuẩn ATSC. Tín hiệu số HDTV đƣợc nén và phát trên
kênh 6MHz của truyền hình NTSC. Đến năm 1998 thì HDTV chính thức đƣợc
phát sóng thƣơng mại tại Mỹ.
Hiện nay các chƣơng trình HDTV đƣợc cung cấp tới khách hàng nhƣ là
một dịch vụ số phát song song với SDTV và các dịch vụ khác trên cả mạng cáp,
vệ tinh và sóng mặt đất.
Theo lộ trình, đến năm 2006, Mỹ sẽ chấm dứt việc phát sóng tƣơng tự.
Toàn bộ hệ thống truyền hình tại Mỹ sẽ là truyền hình số. Khác với Nhật Bản,
HDTV tại Mỹ chỉ là một phần trong các dịch vụ số đƣợc các thuê bao đăng ký,
với tỷ lệ khoảng 10%. Tuy nhiên số lƣợng kênh lại rất phong phú, diện phủ sóng
chiếm 75 % lãnh thổ.
Có thể nói hệ thống HDTV tại Mỹ đã đƣợc phát triển một cách hoàn
chỉnh với khoảng 6 nhà cung cấp dịch vụ chính qua vệ tinh, hơn 30 nhà cung
cấp HDTV qua mạng cáp, hệ thống số mặt đất phủ sóng toàn lãnh thổ với hơn
75% số vùng có thể thu HDTV.

1.2.3. HDTV tại châu Âu.
Vào năm 1986, 19 nƣớc ở châu Âu đã tổ chức hội nghị bàn thảo về
chƣơng trình nghiên cứu HDTV mang tên “Eureka 95”, nhằm phát triển hệ
thống HDTV tại châu Âu. Giống nhƣ Nhật Bản, châu Âu cũng bắt đầu với hệ
truyền hình HDTV tƣơng tự phát sóng qua vệ tinh. Vào tháng 5/1992, EU đƣa ra
tiêu chuẩn D2-MAC, đƣợc phát triển bởi SGS-Thomson của Pháp và Philips của
Hà Lan, để phát sóng truyền hình màn rộng và các dịch vụ vệ tinh.
Hệ HDTV của châu Âu khi đó có số dòng quét là 1250 với 1152 dòng tích
cực, tỷ lệ khuôn hình là 16:9, và tần số mành là 50Hz.
Thời điểm đó, EU có kế hoạch chuyển đổi các hệ thống truyền hình tƣơng
tự hiện tại sang hệ thống D2-MAC thậm chí sang cả HD-MAC là hệ thống
HDTV tƣơng tự đầy đủ. Tuy nhiên việc chuyển đổi này đã gặp một số trở ngại
từ một số nƣớc, khi họ lo ngại các hệ truyền hình HDTV này sẽ không thể tồn
tại lâu dài do sự phát triển của truyền hình số. Trong khi đó một số nƣớc có nền
công nghiệp truyền hình nhỏ nhƣ Hy Lạp, Ailen…cũng bày tỏ sự lo ngại về khả
năng tài chính của việc đầu tƣ phát triển HDTV. Chính vì vậy mà HDTV tƣơng


10

tự đã không thể phát triển tại châu Âu, mặc dù một số hãng truyền hình của
Pháp đã lập kế hoạch để triển khai D2-MAC, song sự phát triển của nó cũng rất
hạn chế, một phần do giá thành bộ thu HDTV theo D2-MAC khi đó là quá cao.
Đến năm 1993 thì hệ truyền hình HDTV tƣơng tự HD-MAC chính thức dừng
lại, EU và EBU khi đó tập trung vào phát triển truyền hình số với hệ DVB.
Cho đến năm 2003, HDTV mới lại đƣợc bắt đầu đƣợc phát số thử nghiệm
tại châu Âu theo tiêu chuẩn DVB trên cả vệ tinh, cáp và sóng mặt đất.
- Hiện nay ở châu Âu đang chấp nhận 4 định dạng HDTV sau: 1080i/25,
1080p/50, 1080p/25 và 720p/50. Định dạng đƣợc EBU khuyến cáo nên sử dụng
là 720p/50

- Các chuẩn truyền dẫn: DVB-T cho sóng mặt đất, DVB-S, S2 cho sóng
vệ tinh, DVB-C cho mạng cáp, DVB-IPI cho mạng IP.
Hiện trạng HDTV tại một số nƣớc châu Âu:
 HDTV tại Pháp:
- Vệ tinh: có 7 kênh HDTV đƣợc phát với hơn 40000 đầu thu STB
- Sóng mặt đất: phát thử nghiệm 2 kênh từ tháng 5/2006 cho các
chƣơng trình tennis, bóng đá, phim, sân khấu
- Trên ADSL: Tất cả các nhà cung cấp mạng đều đƣa ra các dịch vụ
quảng bá HD.
- Chƣa tiến hành trên mạng cáp.
 HDTV tại Đức:
- Hiện chỉ phát trên vệ tinh, với khoảng 10 chƣơng trình.
- Sẽ triển khai trên mạng cáp và mặt đất.
 HDTV tại Anh:
- Phát trên vệ tinh và mặt đất, sớm triển khai trên mạng cáp.
- Có khoảng 9 chƣơng trình HDTV
 HDTV tại Bỉ
- Phát trên vệ tinh và mạng cáp
- Hiện tại có 3 chƣơng trình HD1,2,3. Sắp có thêm HD4
 Một số nƣớc khác:
- Tây Ban Nha: Có kế hoạch phát HDTV vào năm 2007 trên mạng
cáp và vệ tinh.
- Italy: Đã phát 5 chƣơng trình trên vệ tinh
- Na Uy: phát trên vệ tinh và sóng mặt đất
- Hà Lan, Bồ Đào Nha: Phát HDTV trên mạng cáp
- Thụy Điển, Phần Lan: phát HDTV trên vệ tinh
- Thụy Sỹ: sẽ phát HDTV trên vệ tinh năm 2007.


11

- Các nƣớc Ba Lan, Slovakia, Rumani, Nga đã bắt đầu thử nghiệm.
Xu hƣớng tại châu Âu:
- Đa phần các nƣớc đều triển khai HDTV qua vệ tinh với những ƣu
điểm về băng thông và sự hỗ trợ của DVB-S2
- Ngoài một số hệ thống đang sử dụng nén MPEG 2, tất cả các nƣớc
bắt đầu triển khai HDTV đều sử dụng MPEG 4/H.264 làm chuẩn nén. Các nƣớc
đã sử dụng MPEG 2 cho HDTV cũng đã thông báo sẽ sử dụng MPEG 4/H.264
cho các hệ thống tiếp theo.
1.3.Mô hình tổng quan của hệ thống HD
Hệ thống truyền hình có độ phân giải cao đƣợc cấu thành từ ba thành
phần chính nhƣ sau:
- Hệ thống thiết bị trung tâm.
- Hệ thống truyền dẫn tín hiệu.
- Các thiết bị đầu cuối thuê bao.

Hình 1.3: Mô hình tổng quan của một hệ thống HDTV
1.3.1.Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend)
 Hệ thống cung cấp và quản lý các chƣơng trình truyền hình : Hệ
thống thu tín hiệu các chƣơng trình truyền hình sau đó qua quá trình xử lý tín
hiệu: chèn quảng cáo, key chữ, mã hoá, điều chế tín hiệu và chuyển sang mạng
phân phối tín hiệu. Các chƣơng trình có thể thu trực tiếp từ vệ tinh, truyền hình
mặt đất, các chƣơng trình tự sản xuất.
 Hệ thống kiểm tra, giám sát: Bao gồm hệ thống monitor để kiểm tra
chất lƣợng cũng nhƣ nội dung các chƣơng trình truyền, hệ thống chuyển đổi
nguồn tín hiệu (matrix), hệ thống điều hành toàn bộ hoạt động của trung tâm thu
phát và mạng phân phối tín hiệu


12

1.3.2.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu
Hệ thống mạng phân phối tín hiệu có chức năng truyền dẫn các tín hiệu
truyền hình cũng nhƣ các dữ liệu từ trung tâm tới các thuê bao và ngƣợc lại.
1.3.3.Thiết bị đầu cuối thuê bao
Đây là các thiết bị làm chức năng giải mã tín hiệu cung cấp tới tivi.
Toàn bộ quá trình xử lý tín hiệu đƣợc tích hợp trong một hộp nhỏ gọi là settop-
box, nối tới tivi qua chuẩn HDMI.

13

CHƢƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƢỢC
SỬ DỤNG TRONG HDTV
2.1.Tần số lấy mẫu và cấu trúc lấy mẫu
Nếu trong SDTV, tần số lấy mẫu là 13.5MHz, là bội số của tần số dòng
với cả 2 hệ NTSC và PAL, thì với HDTV, tần số lấy mẫu cũng là bội số của tần
số dòng. Việc lấy mẫu tín hiệu có thể thực hiện với tín hiệu chói (Y‟) và 2 tín
hiệu mầu thành phần (C‟
B,
C‟
R
) hoặc có thể thực hiện với 3 tín hiệu màu cơ bản
(R‟, B‟, G‟). Đồng thời tần số lấy mẫu cũng phải đảm bảo lớn hơn 2 lần độ rộng
dải phổ tín hiệu.
Với HDTV, tần số lấy mẫu tín hiệu chói đƣợc lựa chọn là 74.25MHz cho
tất cả các định dạng tƣơng tự. Tần số này là bội số của tần số dòng với cả 4 định
dạng nói trên.
+ Với hệ 50Hz:
74.25MHZ = 1980 x f
H
: với định dạng 720p
74.25MHZ = 2640x f
H

: với định dạng 1080i
+ Với hệ 60Hz:
74.25MHZ = 1650 x f
H
: với định dạng 720p
74.25MHZ = 2200 x f
H
: với định dạng 1080i
Với tín hiệu thành phần, tần số lấy mẫu cũng thƣờng đƣợc biểu hiện thông
qua tỷ số giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu mầu.
Với tín hiệu HDTV thành phần, tần số lấy mẫu 2 tín hiệu hiệu mầu là
37.125MHz.
f
S
(Y): 74.25MHz
f
S
(C‟
B
): 37.125MHz
f
S
(C‟
R
): 37.125MHz
Cấu trúc lấy mẫu là trực giao, các mẫu tín hiệu hiệu mầu đƣợc lấy cùng
với các mẫu tín hiệu chói lẻ trên mỗi dòng. Điểm lấy mầu tín hiệu hiệu mầu sẽ
phụ thuộc vào mục đích để sản xuất, lƣu trữ hay truyền dẫn. Các cấu trúc lấy
mẫu cũng tƣơng tự nhƣ SDTV, gồm có các cấu trúc 4:2:0, 4:2:2, 4:4:4.
Theo Shanon và Nyquist, dải tần cho tín hiệu chói sẽ không đƣợc vƣợt

quá một nửa tần số lấy mẫu là 37.125MHz, và dải tần cho 2 tín hiệu hiệu mầu
không đƣợc vƣợt quá 18.5625MHz. Với việc sử dụng một bộ lọc thông thấp, tần
số cutoff của đặc tuyến biên tần với tín hiệu chói sẽ là 30MHz, với tín hiệu mầu
là 15MHz, giá trị này là đảm bảo độ rộng băng thông cần thiết để truyền tín hiệu
HDTV mà không làm suy giảm độ phân giải hình.



14












Hình 2.1: Đặc tuyến biên tần của tín hiệu Y, C‟
B
, C‟
R

2.2.Lƣợng tử hoá
Tuỳ theo mục đích để lƣu trữ hay truyền dẫn, số bít lƣợng tử có thể là 10
hoặc 8 bít. Thành phần đƣợc lƣợng tử hoá sẽ bao gồm tín hiệu chói, tín hiệu hiệu
màu và các tín hiệu về chuẩn thời gian (Time Reference Signal – TRS) bao gồm

tín hiệu kết thúc dòng video tích cực (EAV – End of Active Line) và bắt đầu
một dòng video tích cực (SAV – Start of Active Line).
Với hệ thống có 10 bit lƣợng tử, các giá trị số sẽ chạy từ 000h đến 3FFh
(tƣơng ứng giá trị 0 đến 1023 trong hệ thập phân). Tín hiệu chói sẽ đi từ mức
đen 040h (64) đến mức trắng 3ACh (940). Tín hiệu mầu C‟
B
, C‟
R
sẽ đi từ 040h
(640 đến 3C0h (960). Nhằm dự phòng cho sự quá mức tín hiệu, dải lƣợng tử cho
phép sẽ là từ 004h đến 3FBh (từ 4 đến 1019).
Các giá trị từ 000h đến 003h (0 đến 3) và từ 3FCh đến 3FFh (1020 đến
1023) đƣợc để dành cho các tín hiệu TRS (EAV và SAV).
Mỗi tín hiệu TRS sẽ bao gồm 4 từ mã:
- 3 từ mã đầu là cố định, có giá trị là 3FF, 000, 000.
- Từ mã thứ tƣ là XYZ, trong đó có thể mang các bít V, F và H để
định nghĩa xoá dòng và xoá mành. Ngoài ra các bít P0, P1, P2, P3 đƣợc định
nghĩa thêm, phụ thuộc vào trạng thái của các bit V, F, H sẽ cung cấp các khả
năng sửa lỗi khác nhau (sửa 1 bit hay sửa 2 bit).
Bảng sau sẽ tổng hợp các thông số với các hệ khác nhau







15

TT

Thông số
Giá trị
1
Mã hoá tín hiệu thành
phần
E‟
Y
= 0.7152E‟
G
+ 0.2126E‟
R
+
0.0722E‟
B

E‟
CB
= 0.5389 (E‟
B
– E‟
Y
)
E‟
CR
= 0.635 (E‟
R
– E‟
Y
)
2

Tần số lấy mẫu
Y : 74.25 MHz
C
B
: 37.125 MHz
C
R
: 37.125 MHz
3
Cấu trúc lấy mẫu
- Trực giao
- Mẫu tín hiệu mầu đƣợc lấy tại các mẫu
tín hiệu chói lẻ
4
Mã hoá
Lƣợng tử đồng đều, PCM
5
Mức đen
040h (64)
6
Mức trắng
3Ach (940)
7
Mức mầu dƣới
040h (64)
8
Mức mầu trên
3C0h (960)
9
Dải video

004h – 3FBh (4 – 1019)
10
Mức cấm dƣới
000h – 003h (0 – 3)
11
Mức cấm trên
3FCh – 3FFh (1020 – 1023)
Bảng 2.1 : Tổng hợp các thông số với các hệ khác nhau
Tính toán dung lƣợng video số HDTV
Ta sẽ tính toán cụ thể tốc độ bít của video với hệ 1080/25i
Thời gian của 1 dòng tích cực: 1/28125 = 35.55s.
Tổng số mẫu tín hiệu chói đƣợc lấy tại mỗi dòng là: 35.55 x 74.25 = 2640
mẫu/1 dòng
Tổng số mẫu tín hiệu mầu đƣợc lấy tại mỗi dòng là: 35.55 x 37.125 x 2 =
2640 mẫu/1 dòng
Tổng số mẫu chói video là: (2640 + 2640) x 1080 = 5702400 mẫu/1 ảnh
Số mẫu trong 1s là: 5702400 x 25 = 142.56 M mẫu
Nếu để lƣu trữ, mỗi mẫu đƣợc mã hoá bằng 10 bit, do đó tốc độ tín hiệu
video là: 1425.6Mbps
Nếu mã hoá bằng 8 bít, tốc độ video HDTV là: 1140.48Mbps


16

2.3.Nén video số bằng MPEG [3]
2.3.1.Tổng quan nén MPEG
Hiện nay các chuẩn nén MPEG đang đƣợc sử dụng phổ biến và đƣợc 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

Đƣợc phát triển vào năm 1988-1992, là tiêu chuẩn đầu tiên của MPEG.
Chuẩn MPEG1 đƣợc sử dụng chủ yếu để nén tín hiệu VCD và các luồng tốc độ
thấp khoảng 1.5Mbps.
MPEG1 hỗ trợ nén các tín hiệu có độ phân giải thấp 352x240(60Hz) và
352x288(50Hz), sử dụng biến đổi cosin (DCT) để loại bỏ dƣ thừa không gian,
có dự đoán và bù chuyển động.
Điểm nổi bật của MPEG1 khi đó là có hỗ trợ nén các hình ảnh quét liên
tục.
- MPEG 2
Đƣợc xây dựng từ năm 1991 đến 1994 và vẫn đang đƣợc sử dụng rộng rãi
đến tận bây giờ.
MPEG 2 có thuật toán nén tƣơng tự nhƣ MPEG 1, song đã đƣợc phát triển
lên tầm cao hơn, hoàn chỉnh hơn với hệ thống công cụ và cấp đa dạng (Profile &
Level), hỗ trợ nén cho rất nhiều định dạng tín hiệu.
MPEG 2 gồm có 10 phần (Part 1 đến Part 10), trong đó Part 2 là về video,
part 3 là về audio. MPEG 2 / Part 2 tƣơng tự nhƣ MPEG 1 song đã có hỗ trợ nén
hình ảnh quét xen kẽ. Chính vì vậy, MPEG 2 đƣợc sử dụng rộng rãi và chính
thức trong các tiêu chuẩn truyền hình DVB, ITSC, ISDB.
- MPEG 3
Đƣợc phát triển vào năm 1992 với mục đích áp dụng cho HDTV, tuy
nhiên nó bị huỷ bỏ vào năm 1993 do nhận thấy rằng: MPEG 2 hoàn toàn có thể
thực hiện cho HDTV.
- MPEG 4
Đƣợc bắt đầu vào năm 1993, nhằm nâng cao hiệu quả nén cho HDTV.
MPEG 4 vẫn đang đƣợc phát triển đến hiện nay.
- MPEG 7
Đƣợc đƣa ra không phải là để cho nén, mà là các mô tả về đối tƣợng số và
metadata

17

2.3.2.Nguyên lý nén Video
Nguyên lý của nén video là loại bỏ các thành phần dƣ thừa trong chuỗi
hình ảnh trƣớc khi truyền đi hay lƣu trữ.
- Các thành phần dƣ thừa trong chuỗi hình ảnh:
+ Dƣ thừa có tính thống kê: là các dƣ thừa về không gian và thời gian có
trong ảnh và trong quá trình chuyển động của ảnh.
+ Các dƣ thừa thuộc về khả năng cảm nhận của mắt ngƣời: là các thành
phần trong ảnh mà mắt ngƣời không có khả năng cảm nhận.
- MPEG sử dụng 3 phƣơng pháp để loại trừ các dƣ thừa nói trên
+ Loại trừ các dƣ thừa không gian (Nén trong ảnh): các dƣ thừa không
gian là các thành phần giống nhau trong ảnh hoặc các thành phần nằm ngoài khả
năng cảm nhận của mắt ngƣời. Nén trong ảnh sử dụng cả hai quá trình nén có
tổn hao (làm mất một phần dữ liệu không thể khôi phục) và không tổn hao (làm
mất một phần dữ liệu nhƣng có thể khôi phục tại đầu thu).
+ Loại trừ các dƣ thừa về mặt thời gian (Nén liên ảnh): với một chuỗi ảnh
liên tục, lƣợng thông tin chứa đựng trong ảnh thay đổi không nhiều. Do đó thay
vì truyền đi cả chuỗi ảnh thì chỉ cần truyền đi một ảnh và vector dự đoán hƣớng
chuyển động – thành phần có dung lƣợng nhỏ hơn nhiều so với ảnh. Kỹ thuật dự
đoán và bù chuyển động là phần rất quan trọng trong nén MPEG.
+ Sử dụng các phƣơng pháp thống kê (Huffman Coding): Thông qua việc
xác định lƣợng thông tin của ảnh để lựa chọn số bít mã hoá thích hợp.

Hình 2.2: Tổng quan về chu trình nén MPEG

Analogue to
digital
conversion
Removal of
temporal
redundancy
Removal of
spatial
redundancy
(DCT)
Quantisation
of DCT
coefficients
Variable
length of
coding

Buffer store

Data rate
control
Video
Input
Fixed rate

bit stream
output
Buffer
occupancy
Quantisation
of DCT
threshold
Variable
data rate
216 Mbit/s
3-6 Mbit/s




18

2.3.3.Nén trong ảnh
2.3.3.1. Biến đổi cosin rời rạc (Discrete Cosin Transform - DCT)
DCT là phép biến đổi toán học không tổn hao và có tính thuận nghịch.
DCT biến đổi dữ liệu dƣới dạng biên độ thành dữ liệu dƣới dạng tần số. Các
phép tính đƣợc thực hiện trong phạm vi các khối block 8x8 tín hiệu chói và các
khối tƣơng ứng của tín hiệu màu.

Hình 2.3: Biến đổi DCT
Hình 2.3: Biến đổi DCT
Một block 8x8 pixel có các dữ liệu dƣới dạng mức biên độ, qua biến đổi
DCT sẽ chuyển thành ma trận hệ số 8x8. Hệ số góc trái phía trên là thể hiện
thành phần 1 chiều trong block, các hệ số còn lại thể hiện các thành phần tần số
cao trong block ảnh theo chiều ngang và chiều đứng.
Phép biến đổi DCT sẽ cho các thành phần tần số cao ứng với các hệ số
nhỏ. Do đặc trƣng của mắt ngƣời, các thành phần tần số cao có thể biểu thị bằng
số lƣợng bít nhỏ hoặc loại bỏ.
2.3.3.2 Lượng tử hoá
Lƣợng tử hoá là quá trình làm giảm bớt số lƣợng bit cần thiết để biểu diễn
các hệ số của ma trận DCT.
Hệ số 1 chiều là thông số quan trọng nhất, biểu thị độ chói trung bình của
từng block ảnh, do đó nó cần biểu thị bằng số lƣợng bít đủ lớn. Các hệ số biểu
thị thành phần tần cao có thể cần số lƣợng bít ít hơn hoặc loại bỏ.
Quá trình lƣợng tử hoá sẽ sử dụng một bảng các hệ số lƣợng tử, trong đó
các hệ số ứng với thành phần tần thấp có giá trị nhỏ và các hệ số ứng với thành
phần tần cao có giá trị lớn. Các hệ số tƣơng ứng trong bảng DCT sẽ đƣợc chia
cho các hệ số trong bảng lƣợng tử, sau kết quả thu đƣợc sẽ đƣợc loại bỏ phần
1033
7
20
12
37
31
-2

0
-4
12
10
-26
-12
8
7
13
-8
-4
-1
-2
6
-18
0
9
0
-16
-11
14
-1
-3
15
2
-17
11
26
-3
-1

4
-3
7
20
11
0
-2
-7
-6
3
4
24
-9
20
8
-6
24
6
11
11
11
2
8
-3
-10
-7
0

143
118

136
114
120
112
129
134
131
121
126
143
134
123
124
133
147
127
134
136
113
111
140
129
151
129
132
139
115
116
134
131

150
124
112
134
126
129
132
125
134
93
116
136
124
137
138
131
144
142
119
147
162
149
123
132
143
117
103
125
122
109

128
132

DCT
Horizontal frequency
Vertical
frequency
8x8 pixel block
8x8 coefficients Matrix


19

thập phân. Do vậy sau quá trình lƣợng tử hoá, bảng ma trận thu đƣợc sẽ có các
hệ số ứng với thành phần tần cao là rất nhỏ và phần lớn là bằng 0.









Hình 2.4: Lƣợng tử hoá các hệ số biến đổi DCT
Quá trình lƣợng tử hoá là quá trình gây tổn hao, tuỳ theo giá trị của bảng
trọng số lƣợng tử mà mức độ tổn hao sẽ khác nhau, đồng thời cũng đạt hiệu quả
nén khác nhau.
2.3.3.3 Mã hoá
Bảng hệ số sau quá trình lƣợng tử đƣợc chuyển đổi sang dòng tín hiệu nối

tiếp bằng quét Zig-zag. Nhờ đó có thể tạo ra dòng tín hiệu gồm một chuỗi các
giá trị 0 liên tiếp.
Các phƣơng pháp mã hoá đƣợc sử dụng cho nén trong ảnh là mã hoá với
độ dài từ mã thay đổi (Variable Length Coding - VLC) và mã hoá theo chiều dài
(Run Length Coding).
VLC (đƣợc biết đến với tên Huffma Coding) là phƣơng pháp mã hoá dựa
trên xác suất xuất hiện giá trị biểu thị. Những giá trị biểu thị có xác suất xuất
hiện cao sẽ đƣợc mã hoá bằng một từ mã có số lƣợng bít ít, các giá trị biểu thị có
xác suất xuất hiện thấp sẽ đƣợc biểu thị bằng từ mã có số lƣợng bít nhiều hơn.
Nhờ đó mà tăng hiệu quả nén mà không gây tổn hao dữ liệu.
RLC là phƣơng pháp mã hoá áp dụng trong trƣờng hợp có một chuỗi các
giá trị giống nhau liên tiếp. Khi đó thay vì phải truyền đi cả chuỗi thì chỉ cần
truyền đi 1 giá trị và 1 từ mã cho biết số lƣợng giá trị đó.
2.3.4.Nén liên ảnh
Nén liên ảnh về cơ bản là dựa trên ảnh nguyên bản chƣa qua các quá trình
nén, nên bản chất không gây tổn hao. Tuy nhiên do có yếu tố dự đoán chuyển
động nên có thể ảnh khôi phục phía đầu thu không hoàn toàn đúng nhƣ ảnh
nguyên bản ban đầu.
1033
7
20
12
37
31
-2
0
-4
12
10
-26

-12
8
7
13
-8
-4
-1
-2
6
-18
0
9
0
-16
-11
14
-1
-3
15
2
-17
11
26
-3
-1
4
-3
7
20
11

0
-2
-7
-6
3
4
24
-9
20
8
-6
24
6
11
11
11
2
8
-3
-10
-7
0

129
1
1
1
2
1
0

0
0
1
1
-1
-1
0
0
0
0
0
0
0
0
-1
0
0
0
-1
0
0
0
0
0
0
-1
0
0
0
0

0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
-1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0

Quantization

20

Nén liên ảnh đƣợc thực hiện với các Macro Block (MB) gồm 16x16 phần
tử ảnh, tƣơng đƣơng với 4 Block.
Với một chuỗi các ảnh của chuyển động, ảnh đầu tiên sẽ đƣợc truyền đi
với đầy đủ thông tin. Các ảnh tiếp theo sẽ chỉ phải truyền giá trị biểu thị sự khác
biệt với ảnh trƣớc đó và vector dự đoán hƣớng chuyển động.
2.3. 4.1 Các loại ảnh của MPEG.
MPEG định nghĩa 3 loại ảnh là I, P, B
- Ảnh I (Intra): chứa các thông tin cần thiết cho việc khôi phục lại ảnh tại
phía đầu thu. Là điểm truy cập vào chuỗi ảnh nén. Ảnh I chỉ đƣợc nén theo
phƣơng pháp nén trong ảnh. Hiệu quả nén đạt không cao.
- Ảnh P (Predicted): Có thể đƣợc nén trên cơ sở dự đoán chuyển động
của ảnh I và P trƣớc đó, thông qua kỹ thuật dự đoán bù chuyển động. Các ảnh P
có thể làm phần tử cơ bản để dự đoán ảnh tiếp theo, tuy nhiên việc bù chuyển
động trong trƣờng hợp này là không đảm bảo. Vì vậy không thể tăng nhiều ảnh
P giữa 2 ảnh I. Nén ảnh P đạt hiệu quả cao hơn ảnh I.
- Ảnh B (Bidirectional Predicted): Có thể nhận đƣợc từ việc nội suy 2
hƣớng giữa 2 ảnh I hoặc 2 ảnh P ở ngay trƣớc và sau nó. Ảnh B đạt hiệu suất
nén cao nhất.
Để có thể khôi phục lại chuỗi ảnh tại đầu thu, thứ tự truyền các ảnh và
nhận các ảnh tại phía phát và phía thu sẽ không đúng nhƣ trình tự xuất hiện ảnh.






Thứ tự trên là thứ tự mà các ảnh đƣợc trình chiếu, ta có thể đánh số nhƣ

sau:
Hình 2.5: Thứ tự trình chiếu các loại ảnh
I1, B2, B3, P4, B5, B6, P7, B8, B9, P10, B11, B12, I13.
Ảnh I1 là ảnh gốc, các ảnh từ B2 đến B12 đƣợc dự đoán từ ảnh I1
Thứ tự mã hoá và giải mã:
I1, P4, B2, B3, P7, B5, B6, P10, B8, B9, I13, B11, B12



21

2.3.4.2 Dự đoán chuyển động
Dự đoán chuyển động trong nén liên ảnh đƣợc thực hiện trên đơn vị MB
của mỗi ảnh I, B, P. Hình vẽ sau đây là một ví dụ về dự đoán chuyển động của 1
MB.








Hình 2.6: Dự đoán bù chuyển động
Phần MB trong ảnh I đƣợc dự đoán tới vị trí mới trong ảnh P, khi đó thay
vì truyền đi cả 4 ảnh (đã đƣợc mã hoá thành chuỗi dữ liệu), chỉ cần truyền đi ảnh
I đầu tiên, vector chuyển động, và phần sai lệch giữa ảnh P nguyên bản và ảnh P
đƣợc dự đoán.
Tại phía thu, từ ảnh I và vector chuyển động sẽ khôi phục lại ảnh P, cộng
với phần sai lệch đƣợc truyền đi sẽ có đƣợc ảnh P gần nhất với nguyên bản. Từ

ảnh I và P vừa khôi phục, sẽ thực hiện nội suy để tìm ra 2 ảnh B ở giữa
2.4.Nén MPEG 4 [3]
2.4.1.Tổng quan về MPEG 4
MPEG 2 có khả năng nén SDTV ở tốc độ từ 3-15Mbps, nhƣng hiện nay
gần nhƣ không có cách nào để cải thiện hơn nữa hiệu quả nén của MPEG 2. Với
nguồn tín hiệu có dung lƣợng lớn nhƣ HDTV, khả năng nén của MPEG 2 không
cho kết qua nhƣ mong muốn.
MPEG 4 đƣợc bắt đầu nghiên cứu từ năm 1993, đến năm 1998 thì hoàn
thành và đƣợc ISO công nhận là chuẩn quốc tế vài tháng sau đó.
MPEG 4 version 1 đƣợc hoàn thành vào năm 1998, version 2 ra đời vào
năm 1999. sau 2 version chính đó, rất nhiều công cụ đƣợc thêm vào cho các bản
sửa đổi tiếp theo, đến mức không thể phân biệt đƣợc các version. Tuy nhiên việc
phân biệt các version không quan trọng, điều cần thiết là phải phân biệt đƣợc các
profile. Các công cụ và profile hiện tại trong tất cả các version không đƣợc thay
thế trong version tiếp theo. Tất cả các công nghệ mới luôn luôn đƣợc thêm vào
MPEG 4 dƣới dạng một profile mới.



22


Hiện nay MPEG 4 bao gồm 16 phần
 Phần 1: Hệ thống (System)
 Phần 2: Hình ảnh (Visual)
 Phần 3: Âm thanh (Aural)
 Phần 4: Định nghĩa cách thử nghiệm ứng dụng MPEG 4
 Phần 5: Phần mềm tham khảo
 Phần 6: DMIF (Delivery Multimedia Intergration Framework), đƣa
ra các mô tả về việc phân phối các khung tích hợp đa phƣơng tiện (DMIF)

 Phần 7: Tối ƣu hoá mô tả bộ mã hoá video
 Phần 8: Các ánh xạ dòng MPEG 4 vào dòng truyền tải IP
 Phần 9: Mô tả phần cứng
 Phần 10: Mã hoá video tiên tiến (Advance Video Coding – AVC)
 Phần 11: Mô tả cảnh
 Phần 12: Định dạng file thông tin ISO
 Phần 13: Các mở rộng IPMP
 Phần 14: Định dạng file MP4
 Phần 15: Định dạng file AVC
 Phần 16: Mô phỏng cấu trúc mở rộng (AFX) và thế giới đa ngƣời
dùng (MuX)
MPEG 4 cung cấp các công cụ để có thể làm thoả mãn cả 3 thành phần là:
các tác giả, các nhà cung cấp dịch vụ và ngƣời sử dụng cuối cùng. MPEG 4 có 6
đặc chƣng cơ bản
2.4.1.1. Mã hoá các đối tượng nghe nhìn
Nếu nhƣ MPEG 2 mã hoá thực hiện với dòng video bao gồm cả âm thanh,
hình ảnh, các dữ liệu phụ nhƣ Text, văn bản đồ hoạ…thì MPEG 4 lại phân tách
từng thành phần trong luồng dữ liệu số. Việc mã hoá của MPEG 4 đƣợc thực
hiện trên cơ sở các cảnh âm thanh hình ảnh (audiovisual scenes) đƣợc kết hợp từ
các đối tƣợng nghe nhìn (media objects hay audiovisual object - AVO). MPEG 4
cho phép mỗi loại đối tƣợng này đƣợc mã hoá theo cách riêng để tối ƣu hoá đặc
điểm tự nhiên của chúng, và cho phép chúng đƣợc truyền đi đến ngƣời dùng nhƣ
các dòng căn bản.
Các cảnh âm thanh hình ảnh là kết hợp của một vài đối tƣợng nghe nhìn,
đƣợc sắp xếp theo cấu trúc phân cấp. Các đối tƣợng nghe nhìn nguyên bản nhƣ:
- Các hình ảnh tĩnh (ví dụ hình nền )
- Các đối tƣợng video (ví dụ ngƣời đang nói, không có hình nền)