tìm hiểu về truyền hình số

Đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu
Trong những năm gần đây, công nghệ truyền hình đang chuyển sang một
bớc ngoặt mới - Quá trình chuyển đổi từ công nghệ truyền hình tơng tự sang
truyền hình số. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng thời đại " Video số, Truyền hình
số " đã bắt đầu công nghệ tơng tự đã hết thời nhờng đờng cho công nghệ số.
Công nghệ truyền hình đang trải nghiệm một sự thay đổi lớn lao về chất. Trên
thực tế các nhà sản xuất đã ngừng sản xuất các thiết bị truyền hình tơng tự và vì
thế thiết bị tơng tự dần vắng bóng trên thị trờng. Trong tơng lai không xa, các
thiết bị sản xuất chơng trình, các máy phát hình, các thiết bị video, audio sẽ đợc
thay thế bằng thiết bị số.
Trên thế giới đã có rất nhiều nớc đang bắt đầu áp dụng truyền hình số nh
Mỹ, Nhật, các nớc phơng Tây và một số nớc Châu á khác. Do vậy đài truyền
hình Việt Nam cần phải có chiến lợc phát triển truyền hình số để tránh tụt hậu về
công nghệ và có điều kiện hội nhập với quốc tế.
Vì những lý do trên cho nên em đã chọn đề tài này, tuy nhiên đây là một đề
tài rộng và mới mẻ cho nên không thể tránh đợc những thiếu xót . Vì vậy em rất
mong đợc sự đóng góp ý kiến của các thấy giáo, cô giáo và các bạn quan tâm.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Khoa
Điện Tử Tin Học Viễn Thông Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Đặc biệt là
thầy giáo Trần Thọ Tuân đã tận tình hớng dẫn em hoàn thành bản đồ án tốt
nghiệp này.

1


Đồ án tốt nghiệp

Ch ơng I
Hiện trạng và xu h ớng phát tRiển của
truyền hình số

1.1 Truyền hình số và những vấn đề đặt ra trên con đ ờng chuyển đổi
Truyền hình số là từ chỉ một hệ thống truyền hình mới, trong đó các thiết bị
kỹ thuật số đều làm việc theo nguyên lý kĩ thuật số. Theo nguyên lý đó thì từ
một ảnh quang học do camera thu đợc qua hệ thống ống kính, thay vì đợc đổi
thành tín hiệu điện biến thiên tơng tự nh hình ảnh quang học nói trên (Cả màu
sắc và độ chói) mà nó sẽ đợc biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân (Là một
dãy các số 0 và 1).
Một số vấn đề cần đặt ra trên con đ ờng chuyển đổi công nghệ từ truyền
hình tơng tự sang truyền hình số.
Vấn đề thứ nhất
Lựa chọn độ phân giải cho một hình ảnh số. Độ dài của từ mã nhị phân là
một trong những chỉ tiêu chất lợng của kĩ thật số hoá tín hiệu , nó phản ánh mức
sáng tối , mầu sắc của hình ảnh đợc ghi nhận và chuyển đổi. Về nguyên tắc độ
dài của từ mã nhị phân càng lớn thì quá trình biến đổi càng chất lợng, nghĩa là
nó đợc xem nh độ phân giải của quá trình số hoá.
Tuy nhiên độ phân giải đó cũng chỉ đến một giới hạn nhất định nào đó là
thoả mãn khả năng của hệ thống kĩ thuật hiện nay cũng nh khả năng phân biệt
của mắt ngời. Độ phân giải tiêu chuẩn hiện nay là 8 bit.
Vấn đề thứ hai
Lựa chọn tần số lấy mẫu. Giá trị của tần số lấy mẫu đơng nhiên là phản ánh
độ phân tích củat hình ảnh số, nhng mục đích của sự lựa chọn là tìm một số giá
trị tối u giữa một bên là chất lợng và một bên là chất lợng và một bên là tính kinh
tế của thiết bị.
Vấn đề thứ ba
2


Đồ án tốt nghiệp
Lựa chọn cấu trúc lấy mẫu. Nếu coi hình ảnh số là tập hợp của các con số thì
việc sắp xếp, bố trí chúng theo một quy luật nào là có lợi nhất. Mục đích của vấn

đề là giảm tối thiểu các hiện tợng bóng, viền, nâng cao độ phân tích của hình
ảnh.
Vấn đề thứ t
Lựa chọn tín hiệu số hoá, kết hợp hay thành phần. Đây chính là vấn đề liên
quan đến chất lợng và tính kinh tế trên toàn bộ hệ thống, cả trớc mắt cũng nh lâu
dài.
Vấn đề thứ năm
Lựa chọn giao diện số trong sản xuất khi truyền tín hiệu số từ thiết bị này
sang thiết bị khác cũng nh từ phòng máy này sang phòng máy khác với khoảng
cách vài mét đến vài trăm mét.
Vấn đề thứ sáu
Lựa chọn tiêu chuẩn chung về thiết bị cho cả hai hệ thốngb 625 và 525 dòng
để dễ dàng trao đổi chơng trình quốc tế. Điều đó chính là liên quan đến vấn đề
lựa chọn tần số lấy mẫu và cấu trúc mẫu.
Từ đó cho đến nay nhiều vấn đề lý luận và thực tiễn của quá trình số hoá
truyền hình vẫn đợc tiếp tục nghiên cứu và phát triển đó là :
- Ghi dựng và lu trữ hình ảnh số.

- Tổng hợp hình ảnh số (Kĩ xảo)
- Số hoá các camera và máy thu hình ảnh
- Truyền dẫn và phát xạ hình ảnh số.
Vấn đề ghi dựng trên ổ đĩa cứng (Hay còn gọi là dựng phi tuyến tính) hiện
nay đang là công nghệ kĩ thuật mới có nhiều u điểm nh truy cập nhanh, kĩ xảo
phong phú, bảo đảm chất lợng, lu trữ lâu dài, an toàn. Nhng hiện nay chi phí sản
xuất còn lớn (Ví dụ : Một ổ đĩa cứng 9 Gbit nén ở tốc độ 50 Mbit/s ghi đợc 24
phút tín hiệu hình có giá thành khoảng 2000 USD). Vì vậy việc ghi dựng hình
nói chung nhất là trong lĩnh vực lu trữ thì công nghệ băng từ là chủ yếu.

3

Đồ án tốt nghiệp
Mô hình sau mô tả khái quát quá trình chuyển đổi công nghệ từ truyền hình
tơng tự sang truyền hình số. Quá trình chuyển đổi công nghệ dựa theo nguyên
tắc chuyển đổi từng phần và xen kẽ.

Cam
(Analog)

Dựng
(Analog)

Analog
Máy thu
Analog

Studio
(Analog)

Dựng
(A/D)

Bộ
ch/đổi
Hộp
set-top-box

Cam
(Analog)

Máy thu
Analog

Dựng
(Digital)

Máy thu
Digital
Studio
(Digital)

Dựng
(D/A)

Digital

Hệ thống máy phát

Hệ thống máy thu

Hình1.1: Quá trình chuyển đổi công nghệ từ truyền hình tơng tự sang truyền
hình số
Khái niệm từng phần và xen kẽ đợc hiểu là sự xuất hiện dần dần các camera
số gọn nhẹ, các studio số, các phòng phân phối phát sóng số tiến đến một dây
chuyền sản xuất hoàn toàn số.
Mô hình trên cũng cho chúng ta một nhận xét rằng đến một giai đoạn nào đó
sẽ xuất hiện tình trạng song song cùng tồn tại cả hai hệ thống công nghệ khác
nhau. Đó là thời kỳ bắt đầu ra đời máy phát số và đồng thời là các máy thu hoàn
4

Đồ án tốt nghiệp
toàn số và các bộ SET - TOP - BOX là các hộp chuyển đổi dành cho các máy
thu tơng tự.
Tại sao lại phải chuyển đổi từng phần và xen kẽ ? Có mấy lý do cơ bản nh
sau :
- Chi phí tài chính.
- Bảo đảm duy trì sản xuất và phát sóng thờng xuyên.
Chi phí tài chính
Chi phí tài chính là vấn đề hàng đầu trong quá trình chuyển đổi công nghệ
nói chung cũng nh bớc quá độ nói riêng.
Có thể lấy một ví dụ sau: Một studio Analog (Hoặc một xe truyền hình lu
động) trị giá khoảng 1 triệu đôla thì một studio số tiêu chuẩn 4:2:2 giá trị khoảng
2 triệu đô tức là gấp hai lần giá trị của studio tơng tự. So sánh với khu vực khác
cũng vậy, nếu một trung tâm truyền hình có khoảng 10 studio, 5 xe truyền hình
lu động, vài chục máy quay gọn nhẹ vài chục phòng hậu kỳ video, audio thì chi
phí cho việc chuyển đổi là rất lớn.
Khi bắt đầu xuất hiện mạng lới máy thu số, nếu dự tính giá trị của một máy
thu số là 500 USD ( Khi đã trở thành quảng bá ) thì với 10 triệu máy thu số chi
phí sẽ là 5 tỷ USD, cha kể đầu t cho các nhà máy sản xuất máy thu số màn hình
phẳng.
Nh vậy chúng ta thấy rằng chi phí chung cho việc chuyển đổi toàn hệ thống
là rất lớn. Điều đó giải thích vì sao công nghệ truyền hình số vẫn cha trở thành
quảng bá nh hệ thống viễn thông.
Đảm bảo duy trì sản xuất và phát sóng thờng xuyên
Chúng ta còn thấy hệ thống truyền hình tơng tự hiện nay vẫn đang sử dụng,
chúng đóng góp một vai trò quan trọng trong việc sản xuất chơng trình. Giả sử
có một sự thay đổi đáng kể về trang thiết bị của phần trung tâm sản xuất chơng
trình trên một băng tần quy định ( Trong công nghệ Analog chỉ cho phép phát
một chơng trình trên một băng tần duy nhất ) do đó hiệu quả cha đến đối với ngời xem một cách rõ rệt nếu nh mạng lới máy thu vẫn là máy thu tơng tự.

5


Đồ án tốt nghiệp
Công nghệ ttuyền hình số chỉ có thể coi là hoàn thiện khi giải quyết đợc vấn
đề nói trên.
1.2 những vấn đề cần quan tâm khi chuyển đổi từ truyền
hình tơng tự sang truyền hình số

1.2.1 Khả năng chuyển đổi từ máy phát tơng tự sang máy phát số
Thực ra việc chuyển đổi là không hề đơn giản. Nó phụ thuộc vào việc thiết
kế của các tầng khuếch đại và tầng kích của máy phát. Nói chung thì các máy
phát số yêu cầu bộ khuếch đại có độ tuyến tính cao hơn so với máy phát tơng tự.
Cả bộ khuếch đại Klystron và Tube đều có khả năng thay đổi đợc, tuy nhiên để
đạt đợc sự tuyến tính với mức ổn dịnh cao thì nên thay hẳn các tầng khuếch đại
và tầng kích.
Với các tầng khuếch đại Tube, đòi hỏi công suất lớn để điều khiển nên nói
chung việc chuyển đổi là tốn kém.
Với các bộ khuếch đại Klystron, hệ số khuếch dại lớn hơn và yêu cầu công
suất đầu vào thấp, nên việc thực hiện chuyển đổi sẽ rẻ hơn. Và đối với bộ khuếch
đại Klystron điều khiển theo xung thì phải bỏ đi các bộ tạo tín hiệu xung khi
thực hiện việc chuyển đổi.
Các máy phát Solid state gồm nhiều mođule khuếch đại song song nhau. Đó
là các khối có hệ số cao do cấu tạo bởi nhiều bộ khuếch đại nối tiếp. Nếu một
trong các bộ khuếch đại song song này có khả năng khuếch đại số thì máy phát
sử dụng chúng cũng có thể làm việc đợc với tín hiệu số.
Với các ứng dụng số thì một điều rất đáng quan tâm trong giai đoạn thiết kế
là phải đảm bảo sao cho không có một tầng nào phải làm việc quá tải vì nó là
nguyên nhân gây ra sự không tuyến tính. Tất cả các tầng và đặc biệt là tầng kích
phải thật tuyến tính. Tầng đầu ra thờng là phần không tuyến tính nhất nên cần

phải có bộ tiền sửa lỗi. Thật ra tầng sửa lỗi này đều quan trọng đối với cả tín hiệu
số và tín hiệu tơng tự. Các bộ sửa lỗi này cũng không thể làm việc với hiệu số,
nên trong quá trình chuyển đổi cần phải thay thế. Vì lý do này mà nhiều exciter
sử dụng việc sửa lỗi trong bộ điều chế, thực hiện việc Mapping trong exciter cần
phải tách các Symbol dữ liệu thành các phần thực và phần ảo, bằng việc điều
chỉnh cả về biên độ và pha tại tầng này, có thể làm méo tín hiệu điều chế trớc,
6


Đồ án tốt nghiệp
sau đó ở tầng khuếch đại cuối cùng sẽ có quá trình ngợc lại. Quá trình này sẽ
làm giảm méo sự không tuyến tính trong bộ khuyếch đại.
Trong mọi trờng hợp bộ điều chế phải đợc thay thế bằng một bộ có khả năng
tạo tín hiệu đầu ra số. Do những tần số IF của bộ exciter số cha đợc tiêu chuẩn
hoá nên đòi hỏi phải có sự thay đổi đôí với bộ Upconverter.
1.2.2 Thực hiện chuyển đổi
Với các máy phát có bộ khuyếch đại kết hợp cả hình cả tiếng thì chỉ cần
thay đổi bộ điều chế và bộ lọc tạo dao động nội. Một bộ lọc thông dải đầu ra đợc
yêu cầu thay thế cho các bộ lọc sóng ảo mang phụ, cần có bộ lọc thông này để
giảm nhiễu với những dịch vụ của các kênh cận kề.
Còn các máy phát không kết hợp, cần bỏ đi bộ khuếch đại tiếng và bộ
khuếch đại hình với tiếng sẽ đợc thay thế bằng một bộ lọc thông dải nh trên. Tất
nhiên là phải có một bộ điều chế số và một hệ thống sửa lỗi mới.
1.2.3 Các vấn đề RF - Việc chia xẻ với các cơ sở Analog đang tồn tại
Việc chia xẻ với các cơ sở đang tồn tại là hoàn toàn có thể, tuy nhiên cũng
có những đòi hỏi về mặt kinh tế và kỹ thuật phải phù hợp. Và khi đa ra các dịch
vụ số thì một điều đáng lu ý là không gây ra những khó khăn không cần thiết trớc mắt những ngời xem tiềm năng.
Các kênh dùng cho phát sóng từ một cơ sở cũ có thể đợc lựa chọn sao cho
gần với các kênh Analog vì điều này sẽ giúp tái tạo sử dụng các hệ thống Anten
cũ đang sử dụng, tuy nhiên khi sử dụng các kênh cận kề thì cần quan tâm đến

việc phát ngoài kênh, đặc biệt là các máy công suất lớn. Một trong những
nguyên nhân của việc phát sóng ngoài kênh danh định là sự không tuyến tính
của các bộ khuếch đại công suất. Trong các kênh kề cận, việc phát ngoài kênh
của máy phát tơng tự sẽ đợc các máy thu số nhận thấy nh là nhiễu đồng kênh.
Các phơng án nhằm làm giảm việc phát ngoài kênh vẫn đang đợc sử dụng đó
là phải sử dụng các bộ lọc tại đầu ra máy phát hoặc sử dụng các bộ cộng lựa
chọn RF.
Nếu sử dụng toàn bộ Anten hiện hành, có hai phơng án chúng ta phải làm :

- Thứ nhất là sử dụng cộng RF cho cả nơi công suất cao và nơi công suất thứ yếu
7


Đồ án tốt nghiệp
- Thứ hai là phải dùng giải pháp thay thế cho các cơ sở thứ yếu, đó là sử dụng các ứng
dụng đa kênh.
1.2.4 Lu ý về Anten công suất
Khi phát sóng, cần phải xem xét tất cả những đặc tính dù là bình thờng ở
phát số là rất khác.
Lu ý các bộ khuyếch đại khi chuyển đổi sẽ không thể tạo ra một công suất
nh trớc. Công suất đầu ra số hiệu dụng sẽ phải thấp hơn 7 - 10 dB so với công
suất đỉnh tín hiệu sync ban đầu. Tuy nhiên đây không phải là vấn đề đối với
DVB - T vì công suất số thấp hơn -15 đến -20 dB so với công suất đỉnh sync tín
hiệu Analog hiện hành thì vẫn đạt đợc cùng một diện tích phủ sóng.
1.2.5 Sử dụng lại các anten đang dùng.
Các kênh đợc lựa chọn cho truyền hình số mặt đất phải ở trong hoặc gần sát
với dải thông của anten tơng tự có thể đem lại một vùng phủ sóng chung cho cả
hai dịch vụ. Hầu nh các anten thu hiện nay đều thích hợp. Tuy nhiên, việc giới
hạn ERP ( effective radiater power ) để bảo vệ các điển phát sóng kênh tơng tự
hiện có khỏi bị xuyên nhiễu bởi các điểm hàng xóm lân cận có thể không dợc

đảm bảo.
Anten và các fidơ hiện có phải hỗ trợ tổng công suất ghép kênh bao gồm tất
cả các công suất đỉnh của các kênh số. Với kiến trúc Cascading rất khó tạo ra sự
kết hợp các kênh số và tơng tự vì có sự suy hao khi phối hợp . Trong trờng hợp
này phải xác định suy giảm nhiễu tơng đơng (Equivalent noisie dẻgadation).
a. RF combining
Trong nhiều trờng hợp, việc dedịnh vị dải phát hình số trong các kênh cận kề
của các kênh phát hình Analog hiện hành sẽ rất có lợi. Khi đó khả năng lựa
chọn của bộ cộng sẽ là điểm có tính quyết định khi xem xét việc đa giải thông
hữu ích của tín hiệu DVB - T( 7,63 Mhz) vào một kênh ITU-R ( 8 Mhz ở UHF ).
Bộ cộng gồm các Coupler 3 dB ( chia nửa ), hai bộ lọc thông dải giống nhau
và một tải giả. Bộ cộng có một đầu vào có khả năng lựa chọn gọi là "dải hẹp" và
một đầu vào "Dải rộng". Các bộ lọc thông dải đợc sử dụng cho các kênh đầu vào
dải hẹp.
8


Đồ án tốt nghiệp
Tín hiệu số sẽ đợc nối vào đầu vào dải hẹp và đợc tách ra hai đờng bởi một
bộ coupler 3 dB rồi đi qua hai bộ lọc thông dải giống nhau. Hai nửa tín hiệu sau
đó lại đợc cộng lại nhờ một bộ coupler 3 dB thứ hai trớc khi gửi tới anten. Bất kì
tín hiệu nào từ bộ lọc hoặc các tín hiệu Analog rò rỉ ra đều đợc xoá sạch nhờ tải.
Tơng tự nh vậy tín hiệu Analog đợc nối vào đầu vào dải rộng và cũng đợc
tách ra hai đờng nhờ một bộ coupler 3 dB. Tuy nhiên lúc này hai nửa tín hiệu đợc phản xạ từ các bộ lọc và kết hợp lại vẫn nhờ bộ coupler 3 dB đó trớc khi đa ra
anten.
Các bộ lọc đợc yêu cầu phải lọc các tín hiệu số, khoá các kênh dải rộng và
đặc biệt là các kênh liền kề thì quan trọng. Tuy nhiên dùng bộ lọc sẽ dẫn đến vấn
đề trễ nhóm, đây chính là nguyên nhân của sự suy giảm tín hiệu, làm ảnh hởng
đến khả năng lựa chọn của chính các bộ lọc đó. Nhằm tránh vấn đề này cần phải
sử dụng một bộ tiến sửa dải gốc ( baseband precorrector ).

b. Khuyếch đại đa kênh
Các mạng phát hình thứ cấp là tập hợp những máy có công suất thấp và các
bộ lọc repeater dùng để bao phủ hoàn toàn những trạm phát chính. Chính việc
dùng các kênh số trên kênh trạm thứ cấp nên cũng dẫn đến những vấn đề nh
trạm phát chính. Khuyếch đại đa kênh là cách thức kết hợp kênh số có thể thực
hiện với những coupler không cần khả năng lựa chọn nên chi phí rất thấp.
Cách thức thực hiện nhờ các thủ tục sau
- Thu các kênh nhờ các anten
- Lọc và chuyển đổi lại kênh đầu vào trung tần IF
- Xử lý trung tần
- Chuyển đổi RF
- Thực hiện coupling kênh có công suất thấp
- Khuyếch đại công suất ghép kênh
c. Dùng anten mới cho phát hình số mặt đất
Đầu tiên, cần phải tìm một vị trí thích hợp cho anten mới dựa trên cấu trúc
cột anten hiện thời. Trong nhiều trờng hợp độ mở tại cấu trúc hiện thời sẽ không
phù hợp cho các anten UHF mới đòi hỏi về mặt cắt ngang. Với những mặt cắt
ngang loại lớn này thiết kế cho dải rộng là rất khó.
9


Đồ án tốt nghiệp
Tuy nhiên lợi thế chính là việc không dùng các bộ cộng RF công suất cao
nhng hạn chế chính là cha lọc đợc phát ngoài kênh. Do đó cần phải sử dụng các
bộ lọc tại đầu ra máy phát, nh vậy thì rất có thể vùng phủ sóng của annten sẽ
khác so với anten Analog.
Cũng cần quan tâm về phối hợp dải thông và sự tơng hợp của anten cũng nh
hạn chế ERP để bảo vệ các dịch vụ truyền hình tợng tự, vì những lý do đó nên
việc chi phí cho anten mới là cao.

1.3 Tổng quan về truyền hình số
1.3.1 Đặc điểm của truyền hình số
Những năm gần đây các hãng và các tổ chức đang tập trung nghiên cứu,
thiết kế để đa ra hệ thống truyền hình số. Truyền hình số đang dần trở thành hiện
thực và sẽ dần thay thế hệ thống truyền hình tơng tự.
Tại sao truyền hình tơng tự đang thịnh hành nh vậy lại lu mờ trớc truyền
hình số ? Đó là do những đặc điểm của truyền hình số tỏ ra thế mạnh tuyệt đối
so với truyền hình tơng tự. Một số đặc điểm chính của truyền hình số nh sau:
- Tín hiệu số ít nhạy với các dạng méo xảy ra trên đờng truyền.
- ít bị tác động của các nhiễu so với truyền hình tơng tự.
- Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai.
- Tính linh hoạt, đa dạng trong quá trình xử lý tín hiệu ( Có hệ số nén rất lớn so với tín
hiệu tơng tự ).
- Tính phân cấp ( Kênh có thể đợc sử dụng chỉ phát một chơng trình độ phân dải cao
hoặc một vài chơng trình truyền hình tiêu chuẩn).
- Có thể truyền đợc nhiều loại hình thông tin khác nhau với cách xử lý giống nhau.
- Tiết kiệm đợc năng lợng, cùng với một công suất phát sóng , diện tích phủ sóng rộng
hơn so với công nghệ truyền hình tơng tự.
- Có thể khoá mã dễ dàng.
- Dễ dàng thích nghi với các bớc chuyển tiếp sang tín hiệu độ phân giải cao hoặc phát
thanh với chất lợng CD.

10


Đồ án tốt nghiệp
- Thị trờng đa dạng, có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ cho đông đảo khán giả
hoặc từng cá nhân.,
- Tính tơng tác hai chiều.
- Cho phép thu di động.

- Phù hợp với công nghệ VLL.
- Chi phí khai thác thấp.
- Hoàn toàn có khả năng hoà nhập vào xa lộ thông tin.
1.3.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số
Một hệ thống truyền hình số theo tiêu chuẩn có thể coi gồm ba thành phần
chính sau:
Khối mã hoá và nén
Khối ghép kênh và mã hoá truyền dẫn
Khối điều chế RF phát sóng
a. Sơ đồ khối
Thiết bị phát
T/hiệu
truyền hình
tơng tự

Biến đổi
A/D

T/h
truyền
hình
số

Mã hoá
nguồn

Mã hoá
kênh

Điều chế

số

Thiết bị thu
Máy thu tơng tự

Biến đổi
D/A

T/h
truyền
hình
số

Hình1. 2

Giải mã
hoá
nguồn

Giải mã
hoá
kênh

Giải điều
chế số

Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số

b. Nguyên tắc làm việc:
Hệ thống phát:

11


Đồ án tốt nghiệp
Các tín hiệu tơng tự sau khi đợc chuyển đến A/D và đa qua các phân hệ tơng ứng để thực hiện mã hoá và nén tín hiệu.
Dòng tín hiệu số sau đó đợc ghép kênh với tín hiệu điều khiển phụ tại bộ
ghép kênh thành một dòng truyền. Dòng tín hiệu này đợc ghép mã truyền dẫn,
mã kênh và điều chế trớc khi đa ra Anten phát.
Hệ thống thu:
Quá trình xử lý của hệ thống thu ngợc lại với quá trình xử lý của hệ thống
phát. Tín hiệu cao tần thu qua bộ tunenr đợc giải điều chế cao tần. Tín hiệu
tần số thấp đợc giải mã hoá kênh, giải mã truyền dẫn rồi đa đến bộ giải mã
ghép kênh. Tín hiệu đợc đa đến bộ giải mã ghép kênh đợc đến bộ chuyển đổi
D/A của Audio và Video và đa đến máy thu phát tơng tự.
1.3.3 Đặc điểm của truyền hình số
a. Yêu cầu về băng tần:
Yêu cầu về băng tần là một sự khác nhau rõ nhất giữa truyền hình số và
truyền hình tơng tự. Truyền hình số yêu cầu băng tần rộng hơn
b. Tỷ lệ công suất/ Công suất tạp âm (Signal/Noise ) - (S/N)
Một trong những u điểm lớn nhất của tín hiệu số là khả năng chống nhiễm
trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi.
Với truyền hình số, nhiễu là các bít lỗi. (VD. Xung on chuyển thành
of).
Nhiễu trong truyền hình số đợc khắc phục nhờ các mạch và các mã sửa
lỗi. Bằng các mạch này có thể khôi phục lại các dòng bít nh ban đầu. Khi có
quá nhiều bít lỗi, sự ảnh hởng của nhiễu đợc làm giảm bằng cách che lỗi.
Tuy nhiên, trong truyền hình quảng bá, truyền hình số gặp phải vấn đề
khó khăn khi thực hiện kiểm tra chất lợng ở các điểm trên kênh truyền. Tại
đây cần phải sử dụng các bộ biến đổi tơng tự - số. Đây là công việc lớn có
khối lợng lớn và phức tạp.

c. Méo phi tuyến.
Truyền hình số không bị ảnh hởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi
và truyền.
d. Chồng phổ (Aliasing).
Truyền hình số đợc lấy mẫu theo cả chiều thẳng đứng và chiều ngang,
nên có khả năng xảy ra chồng phổ theo cả hai hớng. Theo chiều thẳng đứng
12


Đồ án tốt nghiệp
chồng phổ trong hai hệ thống tơng tự là nh nhau. Độ lớn của méo chồng phổ,
theo chiều ngang phụ thuộc vào méo do chồng phổ theo chiều ngang, có thể
thực hiện bằng cách sử dụng tần số lấy mẫu lớn hơn hai lần thành phần tần số
cao nhất trong hệ thống tơng tự.
e. Giá thành và độ phức tạp
Mạch số luôn có cấu trúc phức tạp hơn mạch tơng tự, nên giá thành của
thiết bị sô cao hơn nhiều so với thiết bị tơng tự. Nhng với sự phát triển của các
ngành công nghiệp truyền thông số và công nghiệp máy tính đã ra đời các
mạch tích hợp cỡ lớn LSL (Large Scale Integration) và rất lớn VLS đã làm
giảm giá thành của trang thiết bị số.
f. Xử lý tín hiệu:
Truyền hình số có thể xử lý và chuyển đổi tốt các chức năng mà hệ thống
tơng tự không làm đợc hoặc gặp nhiều khó khăn. Sau biết đổi A/D truyền hình
còn lại là một chuỗi các bít 0 và 1 do đó có thể thao tác các công việc
phức tạp mà không làm giảm chất lợng hình ảnh. Khả năng này đợc tăng lên
nhờ vệc lu trữ các biét trong bộ nhớ và có thể đọc ra với tốc độ nhanh.
Với truyền hình số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở
một khoảng cách gần nhau hơn so với hệ thống tơng tự mà không bị nhiễu.
h. Hiệu ứng bóng ma (Ghost).
Hiện tợng này xảy ra trong hệ thống tơng tự do tín hiệu truyền đến máy

thu theo nhiều đờng. Việc tránh nhiễu đồng kênh của hệ thống số cũng làm
giảm đi hiện tợng này trong truyền hình quảng bá.

13


Đồ án tốt nghiệp

Ch ơng II
tổng quan về nén
2.1 Khái niệm chung
2.1.1 Khái nhiệm chung.
2.1.1.1 Định nghĩa:
Nén tín hiệu số là biểu diễn tín hiệu số với số bít ít hơn nh ng thông tin
phải đợc bảo toàn hoặc mất mát có thể chấp nhận đợc.
Các loại nén:
+ Nén tín hiệu số : Digital Signal Compression
+ Nén số liệu

: Data Compression

+ Giảm số liệu

: Data Reduction

+ Giảm tốc độ bít : Bit Rale Reduction
+ Mã hóa nguồn : Source Coding
2.1.1.2. Mục đích của nén tín hiệu số :
- Để giảm dung lợng phải lu trữ.
- Giảm băng thông truyền dẫn

- Làm giảm tốc độ bít của các dòng dữ liệu tốc độ cao mà vẫn đảm bảo chất l ợng hình ảnh, âm thanh cần truyền tải.
Nén (mã hóa
nguồn)

Kênh truyền
dẫn
lưu trữ

Phát

Truyền dấn hay lu trữ

Giải nén (giải
mã nguồn)

Thu

Hình 2.1 Sơ đồ nén và giải nén.
2.1.1.3. Các thông số về nén:
+ Tỉ số nén: Ví dụ 100Mbit/s nén 20Mbit/s (tỷ số nén 5:1)
+ Phần trăn nén: Ví dụ 100Mb/s nén 20Mb/s (tơng đơng nén 80%).
+ Số bít /Symbol: Ví dụ cần 8 bit/pixel nén 2 bit/pixel (tỷ số nén 4:1,75%)
(Symbol)

(Symbol)
14


Đồ án tốt nghiệp
2.1.1.4. Bản chất của nén.

Khác với nguồn dữ liệu một chiều nh nguồn âm, đặc tuyến đa chiều của
nguồn ảnh cho thấy: Nguồn ảnh chứa nhiều sự d thừa hơn các nguồn thông tin
khác. Đó là:
* Sự d thừa về mặt không gian (Spatial redundancy): các điểm ảnh kề
nhau trong một mành có nội dung gần giống nhau.
* Sự da thừa về mặt thời gian (Temporal redundancy): các điểm ảnh có
cùng vị trí ở các mành kề nhau rất giống nhau.
* Sự d thừa về mặt cảm nhận của con ngời: Mắt ngời nhạy cảm hơn với
các thành phần tần số thấp và ít nhạy cảm với sự thay đổi nhanh, tần số cao.
Do vậy, có thể coi nguồn hình ảnh là nguồn có nhớ.
Nén ảnh thực chất là quá trình sử dụng các phép biến đổi để loại bỏ đi
các loại d thừa và loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn dữ liệu
mới có lợng thông tin nhỏ hơn. Đồng thời sử dụng các dạng mã hoá có khả
năng tận dụng xác suất xuất hiện của các mẫu sao cho số lợng bít sử dụng để
mã hoá một lợng thông tin nhất định là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo đợc chất lợng theo yêu cầu.
a. Các thành phần thông tin.
- Thông tin chứa trong một tín hiệu có thể đợc chia làm 2 thành phần
chính:
+ Lợng tin hay entropy hay độ bất định (uncertainty).
+ Độ d thừa (redemdancy).
- Tuỳ theo nội dung của thông tin, phần entropy lại đợc chia thành 2
phần.
+ Thông tin phù hợp (irrelevancy): Thông tin không có giá trị đối với hệ
thống cảm thụ chủ quan của con ngời.
+ Thông tin cốt lõi tức là phần còn lại của entropy: Thông tin này có thể
chia thành nhiều phần nhỏ khác nhau tuỳ theo mức độ quan trọng đối với sự
cảm thụ của con ngời.
b. Nén không tổn hao :
Tín hiệu

Độ dư thừa
entropy

Nén
Entropy

c. Nén có tổn hao.
15


Đồ án tốt nghiệp
- Sau khi nén không tổn hao tín hiệu, kết quả đợc đem đi sàng lọc ra
thông tin không phù hợp và thông tin cốt lõi, ta lại tiếp tục loại bỏ những
thông tin không phù hợp.
- Thông tin cốt lõi lại đợc tiếp tục sàng lọc để phân loại ra thông tin quan
trọng hơn và thông tin ít quan trọng hơn để loại bỏ thông tin ít quan trọng...
- Với một mảng hình lớn (tần số thấp) thì quan trọng hơn những hình chi
tiết (tần số cao).
- Nén càng nhiều chất lợng thông tin càng giảm. Vì vậy tuỳ thuộc vào
chất lợng thông tin yêu cầu mà ta nén nhiều hay nén ít.
* Cơ sở toán học:
- Nén không tổn hao.
+ Tốc độ bít: R = H +
R: Tốc độ bít
H: entropy
: Một số dơng rất nhỏ tiến dần về 0.
- Nén có tổn hao.
H

0

Độ méo
100%

2.2 Nén không tổn hao :
- Nén không tổn hao hay mã hoá nguồn là quy trình biểu diễn các ký
hiệu trong dòng bít nguồn thành dòng các từ mã (Codeword) mỗi từ mã gồm
một số bít, sao cho giảm đợc tốc độ bít. Mã hoá có hiệu quả càng cao thì số
bít trung bình dùng biểu diễn một ký hiệu càng tiến gần giá trị entropy.
a. Phân loại:
- Nén theo mô hình thống kê (mã hoá Symbol (VLC+RLC).
- Nén theo mô hình tự điển (không dùng trong phát thanh truyền hình).
b. Mã hoá VLC (Variable Length Coding) - Mã hoá Huffman.
16


Đồ án tốt nghiệp
Trong các dạng mã hoá thì mã hoá Huffman là dạng đợc sử dụng phổ
biến nhất. Bảng mã Huffman có thể cho độ dài mã trung bình để mã hoá cho
một mẫu là nhỏ nhất do tận dụng đợc xác suất xuất hiện cao nhất sẽ đợc gắn
với một từ mã có độ dài ngắn nhất. Mặc dù có độ dài mã thay đổi song mã
Huffman vẫn có khả năng giải mã đúng do có thuộc tính tiền tố duy nhất
(không có bất cứ từ mã nào là phần đầu của từ mã tiếp theo).
Phơng pháp mã hoá Huffman sẽ trở nên nặng nề khi số tin của nguồn
quá lớn. Trong trờng hợp này, ngời ta dùng một biện pháp phụ để giảm nhẹ
công việc mã hoá. Trớc tiên liệt kê các tin của nguồn theo thứ tự xác suất
giảm dần. Sau đó ghép thành từng tin có tổng xác suất gần bằng nhau. Dùng
một mã để mã hoá các tin trong cùng một nhóm. Sau đó xem nhóm tin nh một
khối tin và dùng phơng pháp Huffman để mã hoá các khối tin. Từ mã cuối
cùng tơng ứng với mỗi tin của nguồn gồm hai phần: Một phần là mã Huffman

và một phần là mã đều. Mã Huffman chỉ tối u khi đã biết trớc xác xuất của mã
nguồn và mỗi biểu trng của mã nguồn đợc mã hoá bằng số bit nguyên.
Một Symbol (8 bít) có 256 Symbol khác nhau, có những Symbol xuất
hiện nhiều, có những Symbol xuất hiện ít. Những Symbol xuất hiện nhiều thì
gán cho từ mã có độ dài bít ngắn hơn những Symbol xuất hiện ít. Trong một
dòng bít, lấy xác suất xuất hiện của các Symbol để gán mã, kết quả cho một
dòng ít ngắn hơn nhng vẫn đảm bảo đợc thông tin đầy đủ.
c. Mã hoá RLC (Run Length Coding)
- Loại mã hoá này chính là các ký hiệu nguồn (hoặc các ký hiệu ở đầu
ra của bộ lợng tử) có độ dài thay đổi đợc mã hoá thành các từ mã có độ dài cố
định, tiếp tục mã hoá các từ mã này thành lần nữa bởi mã hoá Huffman. Loại
mã hoá này đợc áp dụng nhiều trong các phơng pháp ảnh tĩnh, nén Video.
Mã hoá RLC rất hiệu quả khi gặp một loại các ký hiệu giống nhau
(RUN) xuất hiện liên tiếp (Ví dụ: 100 bít 0 liền nhau đợc biểu diễn: (0,100);
80 bít 1 liền nhau đợc biểu diễn; (1,80). Tóm lại: Mỗi Run đợc biểu diễn
bằng một cặp (LEVEL, RUN), trong đó: LEVEL biểu thị giá trị 1 bít hay 1 ký
hiệu; RUN biểu thị số lần lặp lại của một bít hay một ký hiệu.
Các từ mã sau khi đợc mã hoá RLC thì lại đợc mã hoá VLC (Mã hoá
Huffman).
2.3 Nén có tổn hao.

17


Đồ án tốt nghiệp
Nguyên lý hệ thống nén và giải nén (mã hoá và giải mã) có tổn hao đợc
mô tả nh sau:
Dòng bít
cha nén

Biến
đổi t

mã hoá c Dòng bít nén

Lượng tử
hoá Q

Hệ thống nén có tổn hao
Giải lượng
tử R

Dòng bít giải mã
d

Biến đổi
ngược t-1

Dòng bít

giải nén

Hệ thống giải nén có tổn hao
Hình 2. 2 : Hệ thống nén và giải nén có tổn hao
2.3.1 Bộ biến đổi T (Transformer)
Bộ biến đổi T áp dụng một phép biến đổi 1-1 đối với số liệu đầu vào. ở
đầu ra bộ biến đổi T thì có một cách biểu diễn số liệu thích hợp hơn để nén.
Về phía giải nén, ta có bộ biến đổi ngợc T-1 , với chức năng ngợc một số phép
biến đổi tiêu biểu đợc liệt kê sau đây
a. Biến đổi dự đoán tuyến tính (Linear Predictive Transfrom)

* DPCM ( Differrentral Lulse Modulation)
fn
Sai số dự đoán
bộ dự đoán
Dự đoán f'n =fn-1

Thay truyền f n ta truyền sai số dự đoán e n
Dự đoán
Sai số dd

fi
fi = fi-1
en

25
0
25

35
25
10

30
35
-5

41
30
11

72
41
31

72
72
0

72
72
0

83
72
11

83
....

Trong một dòng nhiều Pixel giống nhau nên sai số dự đoán tập trung vào điểm
0 nhiều.
* Đánh giá bù chuyển động (Motion Estimation & Compensation):
18


Đồ án tốt nghiệp
Đây là dạng dự đoán Inter có xét đến chuyển động của các vật thể trên
ảnh khi nén Video. Ta lấy ảnh cũ gần giống ảnh mới dự đoán thay vì truyền
ảnh chỉ truyền sai số dự đoán và véc tơ chuyển động.
b. Biến đổi Unita (unitary Transform).

Biến đổi Unita là biến đổi tín hiệu số trong miền thời gian (tín hiệu Audio
số) hoặc trong miền không gian 2D (ảnh tĩnh) thành các hệ số trong miền tần
số. Biến đổi DCT là một trờng hợp của biến đổi Unita.
Biến đổi DCT (Disscrete Cosine Transform) là dựa vào phép biến đổi
Fourier để chuyển mảng ảnh từ không gian 2 chiều sang miền tần số, để thấy
đợc tần số cao ở đâu và tần số thấp ở đâu, để sau đó loại bỏ tần số cao.
c. Biến đổi đa phân giải.
Biến đổi đa phân giải là chia tín hiệu thành tập các tín hiện con có độ
phân giải khác nhau.
Một số biến đổi tiêu biểu:
+ Mã hóa giải con (Subbband Coding)
+ Biến đổi Wavelet.
2.3.2. Lợng tử hóa Q (Quantizer ) và bộ giải lợng tử hóa R.
- LTH là quá trình biểu diễn một tập giá trị liên tục ở ngõ vào bằng một l ợng giới hạn các ký hiệu các ký hiệu ở ngõ ra. Đây chính là khâu gây ra tổn
hao khi loại bỏ thông tin không phù hợp (độ d thừa tâm lý) hay thông tin ít
quan trọng và dĩ nhiên phải chấp nhận một độ méo (độ suy giảm chất l ợng)
nhất định. Về phía giải nén ta có bộ giải lợng tử với chức năng ngợc lại.
- Có thể phân biệt hai lợng tử chủ yếu:
+ Lợng tử vô hớng (Scalar Quantization) là lợng tử từng giá trị một cách
độc lập.
+ Lợng tử vectơ (vector Quantization) là quá trình biểu diễn một tập Vector
(mỗi vector gồm nhiều giá trị) bằng một số hữu hạn các ký hiệu ngõ ra.
- Lợng tử hóa có thể đợc áp dụng cho các giá trị trong miền thời gian,
không gian cũng nh các hệ số trong miền tần số.
2.3.3. Mã hóa (Coder) và giải mã D (Dicoder).
Bộ mã hóa có hai nhiệm vụ:
- Loại bỏ d thừa trong các ký tự ở ngõ ra bộ lợng tử hóa.
19

Đồ án tốt nghiệp
- ánh xạ các ký tự này thành các từ mã hợp thành dòng bit ra. Bộ mã hóa này
chính là bộ mã hóa ký hiệu - mã hóa entropy vì sử dụng mô hình thống kê để
mã hóa. Các loại mã hóa thông dụng thờng đợc sử dụng là VLC, RLC ở phía
giải nén ta có bộ giải mã D với chức năng ngợc lại.
2.3.3.1. Mã hóa dự đoán (Predictive coding ).
Nguồn ảnh chứa một thông tin rất lớn, nếu mã hóa trực tiếp nguồn tin này
theo PCM, tốc độ dòng bít thu đợc sẽ rất cao. Mặt khác, nguồn ảnh lại chứa
đựng sự d thừa và tính có nhớ, giữa các điểm ảnh lân cận có mối quan hệ t ơng hỗ với nhau. Do đó mã hóa dự đoán đợc xây dựng trên nguyên tắc cơ bản
sau:
* Lợi dụng mối quan hệ tơng hỗ này, từ các giá trị điểm ảnh lân cận, theo
một nguyên tắc nào đó có thể tạo nên một giá trị gần giống điểm ảnh hiện
hành. Giá trị này gọi là giá dự báo
* Loại bỏ đi tính có nhớ của nguồn tín hiệu bằng một bộ lọc đặc biệt có
đáp ứng đầu ra là hiệu giữa tín hiệu vào s (n) và giá trị dự báo cho nó.
* Thay vì lợng tử hóa trực tiếp các mẫu điểm ảnh, mã hóa dự đoán l ợng tử
và mã hóa các sai số dự báo tại đầu ra bộ lọc.
Sai số dự báo là sự chênh lệch giữa trị dự báo và giá trị thực sự của
mẫu hiện hành. Do nguồn sai số dự báo là nguồn không có nhớ và chứa
đựng lợng thông tin thấp, nên số bít cần mã hóa sẽ giảm đi rất nhiều.
Phơng pháp tạo điểm ảnh dựa trên tổng giá trị của các điểm dự đoán và
sai số dự báo gọi là Điều xung mã vi sai - DPCM .

20


Đồ án tốt nghiệp
e(k)
i(k)

Lợng tử hoá

i(k)
Bộ dự đoán

i(k)

Hình 2.3 Bộ mã hóa DPCM

e(k)

i(k)

+
+

e(k)

Bộ dự đoán

i(k)

Hình 2.4. Bộ giải mã DPCM
i (k): Mẫu điểm tuần tự.
e (k): Chênh lệch dự đoán (sai số dự đoán)
e (k): Giá trị dự đoán của e (k) với lỗi lợng tử quy định (k).
2.3.3.2. Mã hóa chuyển đổi (Transform Coding).
Trong phơng pháp mã hóa chuyển đổi, tính có nhớ của nguồn tín hiệu đợc
loại bỏ đi bằng một phép biến đổi. Một khối các điểm ảnh đợc chuyển sang
miền tần số theo một ma trận biến đổi phù hợp. Từ khối N giá trị mẫu điểm

lân cận s = {s(n), s(n+1)... s (n-N+1)}, thu đợc khối N hệ số c = ( c1,c2..cN ).
Phép biến đổi này có tính thuận nghịch, các hệ số này hoàn toàn có thể hồi
phục thành giá trị tín hiệu ban đầu bằng phép chuyển đổi ngợc.
So với giá trị thực của điểm ảnh, nguồn các hệ số là không có nhớ. Mặt
khác thông tin của nguồn ảnh tập trung phần lớn ở các thành phần tần số thấp
nên trong khối các hệ số, thông tin cũng tập trung tại một số ít các hệ số
chuyển đổi c i. Do vậy sẽ giảm đợc lợng bít nếu mã hóa số này thay cho việc
mã hóa trực tiếp các mẫu. Số lợng bít mã hóa còn có thể giảm hơn nữa nếu lợi
dụng đặc điểm của mắt ngời không nhạy cảm với sai số ở tần số cao. Bởi vậy,
21


Đồ án tốt nghiệp
có thể sử dụng bớc lợng tử thô cho các hệ số ứng với tần số cao mà không làm
giảm sút chất lợng ảnh khôi phục.
q
p

Bpxq

Biến đổi
hai chiều

Lợng tử, mã
hoá entropy

Hình 2.5 a Quá trình mã hoá chuyển đổi hai chiều
q
Giải mã
entropy

Biến đổi ngược
hai chiều

BpXq

p

Hình 2. 5b. Quá trình giải mã chuyển đổi hai chiều
ảnh số đợc chia thành các khối cỡ pxq. Các khối này sẽ đợc chuyển đổi
sang miền tần số. Các hệ số biến đổi sẽ đợc lợng tử hóa và mã hóa. Quá trình
giải mã sẽ đợc áp dụng phép biến đổi ngợc đối với các hệ số để khôi phục ảnh
ban đầu.
Trong mã hóa chuyển đổi, một điều vô cùng quan trọng là phải chọn đợc
phép biến đổi phù hợp có khả năng giảm tối đa mối quan hệ tơng hỗ giữa các
điểm ảnh trong cùng một khối. Bản thân phép biến đổi trong mã hóa chuyển
đổi không nén dữ liệu. Song nếu lợng tử hóa các hệ số, rất nhiều hệ số tần số
cao sẽ quy tròn về giá trị 0. Việc lựa chọn bảng lợng tử và số bít mã hóa cho
các hệ số cũng rất quan trọng do phần lớn hiệu suất nén dữ liệu tập trung
trong quá trình này. Cuối cùng mã hóa entropy đợc chọn để giảm tối đa tốc độ
dòng bít.
Phép biến đổi tốt nhất cho bình phơng sai số của ảnh khôi phục nhỏ nhất
là phép biến đổi Karhumen - Loeve (KL) nhng phép biến đổi này không phù
hợp cho nhiều ứng dụng của ảnh số. Do vậy, trong nén ảnh số sử dụng phổ
biến cho một phép biến đổi khác gọi là phép biến đổi cosin rời rạc. Biến đổi
cosin một chiều (1D - DCT) dành cho một dãy các điểm ảnh. Việc chuyển đổi
một khối nxm điểm ảnh sang miền tần số đợc thực hiện bằng chuyển đổi DCT
2 chiều (2D - DCT).
22

Đồ án tốt nghiệp

Ch ơng iii :
Một số công nghệ nén
Công nghệ nén đợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay là: Điễu xung mã
(Differrential pulse code modulation) và mã hóa chuyển đổi (Transform
conding - TC).
3.1. Nén Video: Điều xung mã vi sai DPCM
(Differrential pulse code modulation ).
Đây là phơng pháp nén ảnh hiệu quả, nguyên lý cơ bản của phơng pháp
này là: Chỉ chuyển tải tín hiệu vi sai giữa mẫu và cho trị dự báo (đợc tạo ra từ
các mẫu trớc đó).
3.1.1. Xử lý giải t ơng hỗ trong công nghệ DPCM .
Hầu hết các cách thức nén ảnh đều sử dụng vòng lặp DPCM. Công nghệ
DPCM thực hiện loại bỏ tính có nhớ và các thông tin d thừa của nguồn tín
hiệu bằng một bộ lọc đặc biệt có đầu ra là hiệu số giữa mẫu đầu vào và giá trị
dự báo của chính nó. Nếu các điểm ảnh biến đổi đồng đều thì giá trị vi sai gần
0, còn các ảnh có nhiều chi tiết thì giá trị sai số dự báo có thể lớn. Khi đó có
thể lợng tử hóa chúng bằng bớc lợng tử cao do đặc điểm của mắt ngời không
nhạy cảm với những chi tiết có độ tơng phản cao, thay đổi nhanh. Sự giảm tốc
độ bít ở đây thu đợc từ quá trình lợng tử hóa và mã hóa.
3.1.2. Kỹ thuật tạo dự báo .
Nếu trực tiếp lợng tử hóa, mã hóa các mẫu của một nguồn ảnh với đầy đủ
thông tin d thừa và quan hệ tơng hỗ giữa các điểm ảnh thì hiệu suất nén sẽ rất
thấp do lợng thông tin của nguồn quá lớn. Do vậy, trong các công nghệ nén
cần loại bỏ đi tính có nhớ của nguồn tín hiệu tức là thực hiện giải t ơng hỗ
(decorelation) giữa các điểm lân cận nhau.
Trong công nghệ nén Điều xung mã vi sai DPCM, quá trình giải tơng
hỗ đợc thực hiện bằng một bộ lọc có đáp ứng đầu ra là một hiệu số giữa các

mẫu điểm liên tiếp đầu vào và một giá trị dự báo của mẫu điểm đó tạo đ ợc
dựa trên các giá trị mẫu lân cận theo một quy tắc nhất định.
3.1.2.1. Sai số dự báo (Prediction error)
Bộ tạo dự báo có nhiệm vụ tạo ra giá trị điểm tiếp theo từ giá trị các điểm
đã truyền tải trớc đó có đợc lu trữ. Quá trình tạo dự báo càng tốt thì sự sai
23


Đồ án tốt nghiệp
khác giữa giá trị thực của mẫu hiện hành và trị dự báo cho nó (sai số dự báo yếu tố đánh giá chất lợng dự báo) càng nhỏ. Khi đó tốc độ dòng bít càng đợc
giảm nhiều.
Phân biệt sai số dự báo và sai số l ợng tử.
* Sai số dự báo (prediction) chỉ sự chênh lệch giữa giá trị dự báo và giá
trị thực. Nó không làm tổn thất thông tin dẫn đến suy giảm chất l ợng ảnh. Giá
trị sai số này quyết định đến tốc độ bít giảm đi nhiều hay ít, tức ảnh h ởng đến
hiệu suất nén.
* Sai số lợng tử (Quantization error) là sai số đặc trng cho sự tổn thất dữ
liệu dẫn đến làm suy giảm chất lợng ảnh phục hồi.
Chất lợng tạo dự báo bằng màn hiển thị tín hiệu sai số dự báo, ảnh tạo đ ợc càng đen tức giá trị tín hiệu này càng nhỏ và việc tạo dự báo càng chính
xác.
3.1.2.2. Tạo dự báo cho ảnh truyền hình - các ph ơng thức thực hiện .
Dự báo cho ảnh truyền hình đợc thực hiện với dòng dữ liệu ảnh đơn thuần
(không chứa đựng tín hiệu âm thanh). Phơng pháp quét điển hình trong truyền
hình là quét các dòng, các dòng không đợc quét liên tiếp nhau mà chia làm
hai mành: mành chẵn chứa thông tin của dòng chẵn, mành lẻ gồm các dòng lẻ
xuất hiện giữa hai mành chẵn liên tiếp nhau. Một khung (frame) tơng ứng với
một ảnh sẽ gồm một mành chẵn và một mành lẻ kề nhau. Từ phơng pháp quét
đó các phơng pháp tạo dự báo sau:
* Tạo dự báo trong mành (Intrafield Prediction):
Chỉ sử dụng các điểm thuộc nửa ảnh (một mành) để tạo dự báo. Dự báo

trong mành không tận dụng đợc quan hệ giữa các điểm ảnh lân cận nhau theo
chiều đứng nên có thể cho sai số dự báo cao.
* Tạo dự báo trong ảnh (Intraframe Prediction):
Với sự hỗ trợ của một bộ nhớ mành, dự báo trong ảnh sử dụng tất cả các
điểm thuộc cả hai mành của một khung để tạo dự báo. Nh vậy, sẽ lợi dụng đợc
quan hệ tơng hỗ của các điểm lân cận theo cả phơng ngang và phơng đứng
nên dự báo chính xác hơn, cho sai số dự báo nhỏ hơn.
* Tạo dự báo liên mành (Intraframe Prediction):
Phơng pháp tạo dự báo này sử dụng cả khung hiện hành và khung tham
chiếu khác. Dự báo liên mành chỉ sử dụng một mành (chẵn hoặc lẻ) ở các
khung khác nhau.
24


Đồ án tốt nghiệp
* Tạo dự báo liên ảnh (Interframe Prediction):
Phơng pháp này sử dụng cả hai mành ở các ảnh kề nhau.
3.1.2.3. Tạo dự báo Intra (Intra Prediction).
Đối với dự báo Intra, giá trị dự báo của điểm hiện hình sẽ là tổng giá trị
các điểm lân cận a, b, c,d của nó theo một trọng số xác định.

a

Mành trước

Điểm được mã hoá

Điểm từ mành trước
b

Điểm sử dụng cho dự báo

Hình 3.1

Tạo dự báo

a: Dự báo trong mành (Intrafield)

b: Dự báo trong ảnh (Interframe)

c: Dự báo liên mành (Interframe)

d: Dự báo liên ảnh (Intraframe)

25