ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO
TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

PHẠM THỊ DỰ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ
MẶT ĐẤT


HẢI PHÒNG - 2015


BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO
TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

PHẠM THỊ DỰ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ỨNG DỤNG KỸ THUẬT OFDM TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ
MẶT ĐẤT

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG;

MÃ SỐ: D52027

CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn: ThS. NGUYỄN THANH VÂN


HẢI PHÒNG - 2015


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô Trường Đại Học Hàng
Hải, những người đã tận tình giảng dạy và hướng dẫn em làm khóa luận, đó là
những nền tảng cơ bản và những hành trang vô cùng quý giá để em bước vào sự
nghiệp trong tương lai.
Em xin chân thành cám ơn cô Ths. Nguyễn Thanh Vân đã tận tình chỉ bảo
hướng dẫn góp ý về nội dung, hình thức khóa luận cho em từ những ngày đầu
thực hiện.
Trong quá trình làm khóa luận vì chỉ dựa vào những lí thuyết được học
mà chưa có kinh nghiệm thực tế cùng với thời gian còn hạn hẹp nên chắc chắn
sẽ không tránh khỏi sai sót.Em rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét từ phía
các thầy, cô để bài làm của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải Phòng, ngày21 tháng 11 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Dự

5


LỜI CAM ĐOAN
Trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp tôi đã tìm hiểu và tham
khảo một số tài liệu về chuyên ngành điện tử- viễn thông. Tôi xin cam đoạn đề

tài này do chính tôi thực hiện, các kết quả phân tích và số liệu trong đề tài là
trung thực không trùng với đề tài nghiên cứu khoa học nào. Các tài liệu, thông
tin tham khảo trong khóa luận được trích dẫn nguồn cụ thể.

6


MỤC LỤC

7


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
A/D

Analog to digital – Bộ biến đổi tương tự-số.

BIPH

Bi Phase – Mã 2 pha.

OFDM

Orthoginal Frequency Division Multiplexing – Ghép kênh phân
chia theo tần số trực giao.

COFDM

Code Orhoginal Frequency Division Multiplexing – Ghép kênh
phân chia theo tần số mã trực giao.

DCT

Discrete Cosin Transfom – Biến đổi cosin rời rạc.

DFT

Discrete Fourier Transferal – Biến đổi Fouier rời rạc.

DPCM

Differential Pulse Code Modulation - Điều chế xung mã vi sai.

FDM

Frequency Division Multiplex - Ghép kênh phân chia theo tần số.

DVB-T

Digital Video Broadcasting-Terrestrial - Hệ thống truyền hình số
mặt đất.

FFT

Fast Fourier Transfom - Biến đổi Fourier nhanh.

HDTV

High Definition Television - Truyền hình số phân giải cao.

ICI

I Carrier Interfrence - Nhiễu song mang.

RF

Rayleigh fading - Tần số vô tuyến.

ISI

Intersymbol Interfrence International - Nhiễu ký hiệu.

NRZ

None Return To Zero - Mã nhị phân không về không.

RZ

Return To Zero - Mã nhị phân về không.

PSK

Phase Shift Keying - Điều chế pha số.

QAM

Quadrature Amplitude Modulation - Điều chế pha cầu phương.

BER

Bit Error Rate Lỗi bit.

MPEG

Moving Picture Expert Group - Nhóm chuyên gia về hình ảnh
động.

GOP

Group Of Pictures - Nhóm ảnh.

IDFT

Inverse Discrete Fourier Transferal – Biến đổi Fouier ngược rời rạc.

IFFT

Inverse Fast Fourier Transformation – Biến đổi Fourier ngược
nhanh.
8


AWGN

Additive White Gaussian Noise – Nhiễu trắng cộng.

QPSK

Quaternary Phase Shift Keying – Điều chế số.

BPSK

Binary Phase Shift Keying – Điều chế pha nhị phân.

TPS

Transmission Parameter Signalling -Thông số phát.

9


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số bảng
1.1.

Tên bảng
Cấu trúc các lớp của dòng dữ liệu video theo chuẩn
MPEG-2

Trang
15

3.1

Vị trí các sóng mang thông số phát (TPS)

39

3.2

Phân bố số lượng các sóng mang

40

3.3

Các tham số chính trong khung OFDM

40

10


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Số hình

Tên hình

Trang

1.1

Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số

2

1.2

Phổ của tần số lấy mẫu lý tưởng

6

1.3

Méo do chồng phổ

7

1.4

Cấu trúc trực giao

8

1.5

Cấu trúc “quincunx” mành

8

1.6

Cấu trúc “quincunx” dòng

9

1.7

Cấu trúc GOP mở

13

1.8
1.9
1.10
1.11

Cấu trúc GOP đóng
Cấu trúc phân lớp video MPEG-2
Biểu đồ chòm sao tín hiệu 4_PSK
Biểu đồ chòm sao tín hiệu

14
16
19
20

2.1

Sơ đồ khối thực hiện ghép kênh phân chia theo tần số

22

2.2

Mật độ phổ tín hiệu của một sóng mang đơn

23

2.3

Mật độ phổ của tín hiệu đa sóng mang

24

2.4

Mật độ phổ năng lượng của các sóng mang trực giao

26

2.5

Phổ tín hiệu FDM và OFDM

26

3.1

Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất

31

3.2

Sơ đồ khối phần phát DVB-T

33

3.3

Sơ đồ khối phần thu DVB-T

34

3.4

Mô tả sự phân kênh của COFDM

36

3.5

Sơ đồ sắp xếp các sóng mang phụ

36

3.6

Chèn khoảng bảo vệ

37

3.7

Phân bố các pilot của DVB-T

38

11

LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ những năm gần đây đã kéo
theo các nhu cầu về truyền thông đa phương tiện di động. Kỹ thuật điều chế đa
sóng mang trực giao(OFDM) đang là một trong những lĩnh vực được nghiên cứu
hàng đầu hiện nay. OFDM được sử dụng rộng rãi trong mạng vô tuyến do nó có
khả năng khắc phục được rất nhiều vấn đề trong mạng vô tuyến như giảm ảnh
hưởng của phading, hiệu ứng đa đường, loại bỏ hầu hết giao thoa giữa các sóng
mang và giữa các ký hiệu.
OFDM đã được sử dụng trong phát thanh truyền hình số, đường dây thuê bao
số không đối xứng, mạng cục bộ không dây. Ở Việt Nam kỹ thuật OFDM đã
được ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực như ADSL,Wimax, DVB-T…
Trong đó truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVB-T hiện đang phổ
biến và có tiềm năng phát triển lâu dài ở các nước trên thế giới. Với nhiều ưu
điểm về mặt kỹ thuật và các điều kiện tự nhiên- xã hội, DVB-T đang được triển
khai và áp dụng ở Việt Nam.
Nội dung của khóa luậnbao gồm:
•

Tổng quan về truyền hình số.

•

Nguyên lý và kỹ thuật cơ bản của OFDM.

•

Ứng dụng của OFDM trong truyền hình số mặt đất( tiêu chuẩn Châu Âu).

Kỹ thuật điều chế đa sóng mang hiện còn rất mới mẻ và tương đói phức
tạp.Với thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên bài làm của em còn nhiều thiếu
sót, vì vậy kính mong nhận được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn.

12


CHƯƠNG I:TRUYỀN HÌNH SỐ
1.1. Tổng quan về truyền
1.1.1. Khái quát chung

hình số

Hiện nay, ngành kỹ thuật điện tử và tin học đang có những bước phát triển vượt
bậc vì vậy mà việc truyền dẫn tương tự các chương trình truyền hình dần trở nên
yếu kém cả về số lượng và chất lượng. Với nhiều tiến bộ hơn so với tín hiệu
truyền hình tương tự trong việc tạo, lưu trữ, ghi-đọc nhiều lần mà không làm
giảm chất lượng ảnh, tín hiệu truyền hình số đang dần khẳng định vị trí của
mình thay vì tín hiệu truyền hình tương tự trong một số thiết bị truyền hình. Vì
vậy mà mục tiêu của ngành công nghiệp truyền hình toàn thế giới là xây dựng
một hệ thống truyền hình sử dụng hoàn toàn kỹ thuật số chất lượng tốt, phân
phối dễ dàng.
Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số được trình bày như sau:

Hình 1.1.Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số.

13


Ta thấy:

Tín hiệu truyền hình tương tự ở đầu vào sẽ được các thiết bị truyền hình
tiếp nhận để đưa vào khối biến đổi A/D. Khối biến đổi A/D sẽ thực hiện biến
đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số. Tín hiệu thu được tại đầu ra của bộ biến
đổi A/D được mã hóa nguồn, khối mã hóa nguồn sẽ nén các tín hiệu truyền số
có tốc độ dòng bit cao thành dòng bit có tốc độ thấp hơn. Dòng bit sau khi nén
sẽ đi đến thiết bị phát qua kênh thông tin để đưa tới thiết bị thu.
Ở phía thu, tín hiệu truyền hình số thực hiện quá trình xử lý tín hiệu ngược
lại với phía phát.Tín hiệu số được biến đổi thành tín hiệu tương tự thông qua
khối giải mã tín hiệu.Hệthống truyền hình số sẽ xác định cấu trúc mã hóa và
giải mã tín hiệu truyền hình.
1.1.2.
a.

Đặc điểm của các thiết bị truyền hình số
Về băng tần
Yêu cầu về băng tần sẽ thể hiện sự khác nhau rõ nhất giữa tín hiệu số và tín

hiệu tương tự. Tín hiệu số sẽ có yêu cầu băng tần rộng hơn.Trong hệ NTSC là
14,4MHz, nếu thực hiện mã hóa cho từ mã dài 8 bit tốc độ bit sẽ là 115,2Mbit/s
khi đó độ rộng băng tần khoảng 58MHz. Trong khi đó tín hiệu tương tự cần
băng tần 4,25Mhz.Yêu cầu động rộng băng tần sẽ tăng lên khi xuất hiện các bit
sửa lỗi Các tính chất đặc biệt của tín hiệu hình ảnh như sự lặp lại, khả năng dự
báo cũng làm tăng khả năng giảm băng tần tín hiệu.
b.

Méo phi tuyến
Trong quá trình ghi và truyền tín hiệu số sẽ không bị ảnh hưởng bởi méo

phi tuyến.Tính chất này rất quan trọng trong quá trình ghi-đọc chương trình
nhiều lần,đặc biệt đối với hệ thống truyền hình nhạy cảm với các méo khuếch

đại vi sai như NTSC.
c.

Tỷ lệ S/N (Signal/Noise)
Khả năng chống nhiễu trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi

được xem là ưu điểm lớn nhất của tín hiệu số.

14


Các mạch sửa lỗi sẽ khắc phục nhiễu các bit lỗi (xung “on” chuyển thành
“off”) trong tín hiệu số.Các mạch này có khả năng khôi phục lại dòng bit như
ban đầu.Trong trường hợp có quá nhiều bit lỗi người ta sử dụng phương pháp
che lỗi để làm giảm ảnh hưởng của nhiễu.Tỷ lệ S/N của hệ thống sẽ giảm rất ít
hoặc giữ nguyên cho đến khi lỗi bit BER(Bit Error Rate) quá lớn làm các mạch
sửa lỗi và che lỗi mất tác dụng.Lúc này,dòng bit sẽ không còn ý nghĩa tin tức.
d.

Giá thành và độ phức tạp
Mạch số luôn có cấu trúc phức tạp hơn mạch tương tự nên giá thành các

thiết bị trong mạch số sẽ cao hơn.Nhờ sự phát triển của ngành công nghiệp
truyền thông đã cho ra đời các mạch tích hợp lớn và rất lớn làm giảm giá thành
thiết bị.
e.

Chồng phổ (Aliasing)
Trong truyền hình số tín hiệu sẽ được lấy mẫu ở cả hai chiều thẳng đứng

và ngang nên có thể xảy ra chồng phổ ở cả hai hướng.Theo chiều thẳng đứng
chồng phổ ở cả hai hệ thống số và tương tự là như nhau.Theo chiều ngang, các
thành phần tần số vượt quá tần số lấy mẫu giới hạn Nyquist sẽ quy định độ lớn
của méo chồng phổ.Sử dụng tần số lấy mẫulớn hơn hai lần thành phần tần số
lớn nhấttrong hệ thống tương tự để loại bỏ hiện tượng này.
f.

Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh
Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh được cho phép thực

hiện ở một khoảng cách gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không
bị nhiễu. Nguyên nhân do tín hiệu số ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu đồng kênh và có
khả năng xung xóa, xung đồng bộ bằng từ mã.
Khi giảm khoảng cách giữa các trạm đồng kênh đồng thời giảm băng tần
tín hiệu sẽ giúp các trạm phát hình có thể phát các chương trình có độ phân giải
cao HDTV như các hệ thống truyền hình hiện nay.
g.

Xử lý tín hiệu
Tín hiệu còn lại sau biến đổi A/D là một chuỗi các số, bit “0” và “1” có thể

thực hiện các công việc phức tạp mà không làm ảnh hưởng tới chất lượng
15


ảnh.Khả năng này được tăng lên nhờ việc lưu trữ các bit trong bộ nhớ và đọc ra
với tốc độ nhanh. Tín hiệu số có thể thực hiện dễ dàng các công việc như: giảm
độ rộng băng tần, sửa lỗi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn…
h.

Hiệu ứng Ghosts (bóng ma)
Có thể sử dụng phương pháp tránh nhiễu đồng kênh để làm giảm hiệu ứng

bóng ma.Với các ưu điểm đó hệ thống truyền hình số đang dần thay thế hệ
thống truyền hình tương tự kết hợp với các mạng truyền thông và các ngành
công nghiệp khácmở ra một thế giới thông tin số đáp ứng các nhu cầu của con
người.
1.2. Tín hiệu video số
1.2.1. Khái quát chung

Việc số hóa tín hiệu truyền hìnhchính là sự biến đổi từ tín hiệu tương tự
thành tín hiệu dạng số.Công nghệ truyền hình số có nhiều ưu điểm vượt trội hơn
so với công nghệ truyền hình tương tự.
Quá trình số hóa được thực hiện theo trình tự: lấy mẫu, lượng tử hóa,số
hóa.Trong số hóa tín hiệu truyền hình cần tập trung nghiên cứu đến:
•
•
•
•

1.2.2.
a.


Tần số lấy mẫu.
Phương thức lấy mẫu.
Tỷ lệ giãn tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tín hiệu màu.
Nén tín hiệu video.
Quá trình số hóa tín hiệu video.
Lấy mẫu tín hiệu video

Tần số lấy mẫu
Chuỗi các mẫuthu được trongquá trình gián đoạn theo thời gian bằng tần

số lấy mẫu được gọi là quá trình lấy mẫu tín hiệu tương tự.Tín hiệu sau khi lấy
mẫu phải mang đủ thông tin của dòng tín hiệu vào. Biên độ tín hiệu tương tự
được lấy mẫu với chu kỳ thu được chuỗi các xung hẹp với tần số lấy mẫu được
tính bởi công thức:
=Trong đó là tần số lấy mẫu.
là chu kỳ lấy mẫu.
16


“Thực tế việc lấy mẫu tín hiệu dựa trên cơ sở của định lý Nyquist:tần số lấy
mẫu phải lớn hơn hai lần tần số cao nhất của tín hiệu cần lấy mẫu (≥ =)”.
•

Phổ tần số lấy mẫu lý tưởng( hinh 1.2) khi tín hiệu băng cơ bản có dải
thông và và tần số lấy mẫu 2. Như vậy dải biên trên và dải biên dưới đều
có dải thông là với tần số này, không xuất hiện nhiễu giữa băng cơ bản
và dải bên dưới.

Hình 1.2. Phổ của tần số lấy mẫu lý tưởng

17


•

Trường hợp lấy mẫu với tần số nhỏ hơn 2 một phần dải biên dưới của tín
hiệu lấy mẫu chồng lên phổ tín hiệu băng cơ bản.

Hình 1.3.Méo do chồng phổ
 Cấu

trúc lấy mẫu.

Tín hiệu hình ảnh trên camera và đượchiển thị trên màn hình mang thông
tin về đồng bộ theo mành và dòng.Vậy nên muốn khôi phục lại chính xác hình
ảnh thìtần số lấy mẫu liên quan đến tần số dòng.Nghiên cứu cho thấy tần số lấy
mẫu phải là bội của tần số dòng.Điểm lấy mẫu trên các dòng quét kề nhau sẽ
thẳng hàng với nhau và sẽ tránh được các hiệu ứng méo đường biên gây ra.
Như vậy việc lấy mẫu sẽ phụ thuộc vào thời gian và tọa độ các điểm lấy
mẫu .Vị trí các điểm lấy mẫu hay cấu trúc lấy mẫu được xác địnhtheo thời gian
trên các dòng và các mành.Ta thu được hình ảnh tốt nhất khi tần số lấy mẫu phù
hợp ới cấu trúc lấy mẫu.
Có 3 dạng cấu trúc các điểm lấy mẫu:

18


•

“Cấu trúc trực giao:Các mẫu được sắp xếp thẳng hàng theo chiều đứng. Cấu
trúc này là cố định theo mành và theo hai ảnh( hai mành).

Hình 1.4. Cấu trúc trực giao
• “Cấu trúc “quincunx” mành: Các mẫu trên các dòng kề nhau thuộc một mành
xếp thẳng hàng theo chiều đứng, nhưng các mẫu thuộc mành một sẽ dịch đi
một nửa chu kì lấy mẫu so với các mẫu của mành thứ hai.”

Hình 1.5. Cấu trúc “quincunx” mành
• “Cấu trúc “quincunx” dòng: Các mẫu trên các dòng kề nhau của một mành sẽ
lệch một nửa chu kỳ lấy mẫu, còn các mẫu trên dòng một mành so với các
mẫu trên dòng tiếp sau(mành 2) sẽ lệch một nửa chu kỳ lấy mẫu.”

19


Hình 1.6. Cấu trúc “quincunx” dòng
Tùy thuộc vào cấu trúc lấy mẫu ta có dạng méo ảnh đặc trưng.Trong cấu
trúc trực giao độ phân giải ảnh giảm. Ở cấu trúc “quincunx” mành xuất hiện
nhấp nháy các điểm ảnh, còn cấu trúc “quincunx” dòng sẽ xuất hiện các vòng
tròn theo chiều ngang.Từ đó ta thấycấu trúc trực giao sẽ cho chất lượng ảnh tốt
nhất vì độ phân giải giảm khiến mắt người dễ chịu hơn so với hai loại méo còn
lại.
b.

Lượng tử hóa tín hiệu video.
Ngay sau quá trình biến đổi A/D là quá trình lượng tử hóa tín hiệu.Quá

trình này sẽ biến đổi chuỗi các mẫu với một số vô hạn biên độ thành các mẫu
với một số hữu hạn biên độ.Lượng tử hóa tín hiệu rời rạc bao gồm việc chia
biên độ thành nhiều mức (mức lượng tử) và sắp xếp mỗi vị trí của mẫu bằng
một mức.Khoảng cách giữa hai mức kề nhau được gọi là bước lượng tử.
Có hai phương pháp lượng tử hóa:
• Lượng
• Lượng

tử hóa tuyến tính.
tử hóa phi tuyến.

Công thức xác định giá trị lượng tử là:
Q=
Trong đó: N là số bit trên một mẫu. Với N=8bit/mẫu sẽ ứng với 256
khoảng lượng tử, N= 10 bit/mẫu là 1024 khoảng lượng tử.Đỉnh của các mẫu

20


cùng nằm trong một khoảng lấy mẫu sẽ được biểu diễn cùng một số,các mẫu sẽ
khôi phục lại cùng một biên độ sau khi được giải mã .
Các giá trị nhận được của các mẫu số trong quá trình lượng tử hóa sẽ khác
với các giá trị này trong nguồn khi lấy mẫu,khi đó sai số này được gọi là sai số
lượng tử.Trong sai số lượng tử các nguồn nhiễu là không thể tránh khỏi,mỗi
mẫu khôi phục sẽ kèm theo sai số trong phạm vi Q/2.
Tín hiệu sau khi lượng tử hóa x’(t) không đồng nhất với tín hiệu trước khi
lượng tử x(t),được gọi là sai số lượng tử ε(t).
ε(t) = | x(t) – x’(t) |
Trong đó: - ε(t) : nhiễu lượng tử.
- x(t) : giá trị các mẫu tín hiệu trước khi lượng tử.
- x’(t) : giá trị các mẫu tín hiệu sau khi lượng tử.
Sai số lượng tử làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến tín hiệu ban đầu,làm méo
dạng sóng, tăng hiệu ứng viền không mong muốn.ε(t) còn được gọi là méo
lượng tử.
c.

Mã hóa tín hiệu video
Mã hóa là quá trình biến đổi cấu trúc nguồn mà không làm thay đổi tin

tức.Mã hóa là khâu cuối cùng của bộ biến đổi A/D.Dữ liệu sau khi mã hóa sẽ có

tính chồng nhiễu cao hơn,tốc độ hình thành tương đương khả năng thông qua
của kênh.
Các mức tín hiệu được lượng tử hóa thành chuỗi các bit “0” và “1”.Độ dài
của dãy tín hiệu nhị phân sẽ được tính bằng số lượng các con số “0” và “1”được
gọi là từ mã nhị phân.Từ mã nhị phân sẽ chỉ ra số lượng mức sáng,mức tối và
màu sắc hình ảnh được ghi nhận và biến đổi.Độ dài từ mã nhị phân tỷ lệ thuận
với chất lượng của quá trình biến đổi.
Người ta sử các loại mã sơ cấp trong các thiết bị của trung tâm truyền hình
số để mã hóa tín hiệu truyền hình và xử lý số.
-

Mã NRZ (Non Return to Zero): không trở lại mức không.
Mã RZ (Return to Zero)
: trở lại mức không.

21


Mã BiPh (Bi Phase)

-

: hai pha.

Dạng biểu diễn một mã sơ cấp sẽ được xác định nhờ dạng tín hiệu hay còn
gọi là dạng mã.
Phương pháp nén tín hiệu video số

1.2.3.

Các hệ thống nén số liệu là sự kết hợp của nhiều kỹ thuật xử lý mục đích
để giảm tốc độ bit của tín hiệu số nhưng chất lượng ảnh vẫn được đảm bảo.Qua
nhiều năm đã có nhiều kỹ thuật nén ra đời nhưng chỉ có một vài kỹ thuật được
áp dụng cho việc nén video số.
Dựa theo đặc tính có hai dạng nén là nén không tổn hao và nén có tổn hao:
Nén không tổn hao.
Nén không tổn hao thực chất là loại bỏ độ dư thừa trong dòng bit video mà

a.

vẫn giữ được thông tin đồng thời có thể khôi phục dòng bit ban đầu sau khi giải
nén.Loại nén này có tỷ lệ nén không cao (tỷ lệ nén thường là 2:1). Ta có một số
kỹ thuật nén không tổn hao như:
- Dùng phép biến đổi thuận DCT (Discrete Cosine Transform): sử dụng hệ
-

số DCT để biểu diễn các giá trị điểm ảnh.
Mã hóa RLC (Run Length Coding): tạo các mã đặc biệt chỉ thị điểm bắt

-

đầu, kết thúc nhờ sự lặp lại cùng giá trị mẫu dữ liệu.
VLC (Variable Length Coding): Kỹ thuật này dựa vào xác suất các giá trị
biên độ giống nhau trong một ảnh, thực hiện gán một mã ngắn cho giá trị
có xác suất xuất hiện cao nhất và gán từ mã dài cho các giá trị còn lại.
Như vậy trong các quá trình trên tín hiệu không tích cực đã được loại bỏ,

tốc độ dòng bit gốc sẽ là tốc độ nội dung vùng ảnh tích cực.Các thông tin nhận
biết khoảng xóa mành,xóa dòng được thay bởi các từ mã đồng bộ ngắn hơn.
Nén có tổn hao.

Việc loại bỏ những thông tin không cần thiết của hình ảnh và giữa các ảnh

b.

để tăng hiệu quả nén được thưc hiện nhờ nén tổn hao.Loại nén này đạt tỷ lệ nén
từ 2:1 đến 100:1, chất lượng ảnh sẽ bị giảm sau khi giải nén và có tổn hao dữ
liệu.Dựa trên cơ sở đặc điểm của mắt người chỉ truyền các thông tin mà mắt
người có thể cảm nhận được.Kỹ thuật nén có tổn hao gồm:

22


-

Lấy mẫu băng con cho các tín hiệu: chia ảnh thành các tổ hợp khối lớn
MB (Macro Block), mỗi MB gồm 4 khối con không chồng nhau.Mỗi

-

Block có kích thước 8x8 pixel.
Lượng tử hóa các hệ số DCT và làm tròn.
Sử dụng phương pháp điều chế xung mã vi sai DPCM (Differential Pulse
Code Modulation): thực hiện truyền phần chênh lệch giữa các mẫu.Mỗi
giá trị mẫu sẽ được truyền theo chu kỳ.Các thành phần tần số cao được
lượng tử hóa thô sau đó tín hiệu được nén bằng cách mã hóa entropy và
các mã không tổn hao Huffman, RLC.Quá trình này cho phép biểu diễn
một khối các byte của điểm ảnh bằng số lượng bit nhỏ, hiệu quả kinh tế

và giảm tốc độ dữ liệu cho phù hợp.
1.2.4. Chuẩn nén tín hiệu số MPEG-2

a. Giới thiệu chung.
Năm 1988 nhóm chuyên gia về hình ảnh động MPEG (Moving Picture
Expert Group) được thành lập do các tổ chức ISO,IPEC mục đích nghiên
cứu,soạn thảo các tiêu chuẩn nén audio,video số.Ban đầu MPEG đưa ra 3 tiêu
chuẩn:
- MEPG-1: nén các tín hiệu audio, video số để tốc độ bit ≤ 1,5Mb/s dùng
-

cho ghi hình trên băng từ, đĩa CD-ROM, truyền dẫn trên mạng cục bộ.
MPEG-2: nén tín hiệu audio, video số để tốc độ bit ≤ 15Mb/s cho truyền

-

hình số có độ phân giải tiêu chuẩn(SDTV).
MPEG-3: nén tín hiệu audio, video số để tốc độ bit ≤ 40Mb/s cho truyền
hình độ phân giải cao(HDTV).Năm 1992 MPEG-2 và MPEG-3 được hợp

-

nhất trong MPEG-2.
Năm 1994 tiêu chuẩn MPEG-4 ra đời có tốc độ bit xấp xỉ 64Kb/s dùng

-

cho điện thoại hình ảnh động(videophone).
Năm 1996 tiêu chuẩn MPEC-7 ra đời, gồm các tiêu chuẩn cho môi trường

ứng dụng Multimedia.
b. Cấu trúc nén MPEG.
MPEG thực chất gồm nhiều loại ảnh có sự linh hoạt để so sánh giữa hiệu

quả mã hóa và truy cập ngẫu nhiên.Một số loại ảnh điển hình như: loại I,P,B và
D.
•

Nhóm ảnh (GOP).

23


MPEG sử dụng các loại ảnh I, P, B. Loại ảnh P và B chỉ chứa sự khác nhau
giữa ảnh và ảnh xuất hiện trước đó hay chính là sự khác nhau với cả khuôn hình
trước đó.GOP xuất hiện nhằm mục đích tạo nên một khuôn hình hoàn chỉnh
ảnh.Mỗi GOP sẽ phải bắt đầu bởi một ảnh I và tiếp sau là một loạt ảnh P và B.
GOP có thể mở hoặc đóng như hình sau:

Hình 1.7. Cấu trúc GOP mở

Hình 1.8. Cấu trúc GOP đóng
Nhóm ảnh (GOP) mở sẽ xuất phát từ ảnh I, kết thúc ở một ảnh trước ảnh I
tiếp đó, nghĩa là ảnh cuối cùng của GOP chính là ảnh đầu tiên của GOP tiếp đó
làm ảnh chuẩn.
c. Nén chuẩn MPEG-2.
Để giảm lượng thông tin nguồn video, audio người ta sử dụng kỹ thuật nén
MPEG-2 hay còn gọi là kỹ thuật mã nguồn. Chuẩn nén MPEG-2 có tỷ lệ nén

24


cao do sự kết hợp các kỹ thuật nén từng khung hình và nén giữa các khung hình,
kỹ thuật “dự đoán bù chuyển động”. MPEG-2 sẽ phân chia các hình ảnh thành

nhóm ảnh (GOP).Chuẩn nén MPEG sẽ phân các ảnh được xử lý thành ba loại
ảnh là ảnh I, P, B.
• Cấu trúc các lớp của dòng dữ liệu video theo chuẩn MPEG-2.
Cấu trúc dòng bit video MPEG-2 có dạng phân lớp gồm 6 lớp được nêu trong
bảng sau:

25