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

MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỤC LỤC...................................................................................................................................1
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT..................................................................................................1
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV..........................................................................................3
1.1.Khái niệm HDTV..............................................................................................................3
1.1.1. Khái niệm và ưu 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 hướng phát triển [5]....................................................................................6
1.2.1. HDTV tại Nhật Bản..................................................................................................6
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...........................................................................11
1.3.3.Thiết bị đầu cuối thuê bao........................................................................................12
CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HDTV.....13
2.1.Tần số lấy mẫu và cấu trúc lấy mẫu................................................................................13
2.2.Lượng tử hoá...................................................................................................................14
2.3.Nén video số bằng MPEG [3].........................................................................................15
2.3.1.Tổng quan nén MPEG.............................................................................................15
2.3.2.Nguyên lý nén Video..............................................................................................16
2.3.3.Nén trong ảnh...........................................................................................................17
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........................................................................................................25
2.4.3 MPEG 4 Visual (Part 2)..............................................................................................29
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
CHƯƠNG 3: TRUYỀN DẪN HDTV......................................................................................45
3.1.Phát HDTV qua vệ tinh...................................................................................................46
3.1.1. Phát sóng theo chuẩn DVB-S..................................................................................46
3.1.2. Chuẩn DVB-S2 [4].................................................................................................47
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].................................................................................................52
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]............................................................................................68
3.3.3. Kiến trúc hệ thống DVB-C2..................................................................................70
3.4.Phát HDTV qua IP..........................................................................................................79
CHƯƠNG 4: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.....................................................................81
4.1.Mô hình mô phỏng..........................................................................................................81


4.1.1.Mô hình hệ thống DVB-T.......................................................................................81
4.1.2.Mô hình hệ thống DVB-T2.....................................................................................82
4.1.3.Mô hình hệ thống DVB-S2.....................................................................................83
4.2.Đánh giá một số kết quả mô phỏng.................................................................................83
4.2.1.Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T..........................................................................83
4.2.2.Hệ thống DVB-S2...................................................................................................84
4.2.3.Hệ thống DVB-T2...................................................................................................85
CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HDTV TẠI VIỆT NAM.......................................86

5.2.1.Kỹ thuật De-interlacing [6]......................................................................................88
5.2.2.Kỹ thuật upconvesion [6]........................................................................................91
KẾT LUẬN:..............................................................................................................................93


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 lượng
nổi trội so với các hệ thống truyền hình truyền thống (PAL, NTSC, SECAM)
Chuẩn truyền hình này đưa đến cho người xem không chỉ cảm nhận về
chất lượng hình ảnh tốt với độ phân giải cao mà còn mang lại một cảm giác ấn
tượng về vẻ đẹp, độ chân thực, độ sâu và kích thước 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 người xem một cảm giác như đang ngồi trong rạp chiếu phim.
Việc người dùng chuyển lên HDTV thay thế SDTV được coi là một bước
tiến đáng nhớ cho ngành công nghiệp điện tử gia dụng, tương tự như việc nhân
loại chuyển từ tivi đen trắng sang tivi màu trước 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 lượng kênh truyền. Sự ra đời của chuẩn nén mới
MPEG-4/AV đã cải thiện được 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
lượng 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 người sử dụng. Trên thị trường chỉ xuất hiện màn hình Plasma và

LCD có thể xem truyền hình với độ phân giải cao, việc sản xuất chương trình
cũng như cung cấp loại hình dịch vụ này mới đang trong giai đoạn xây dựng
phương án đầu tư, 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 được hiệu quả của việc sử dụng tiêu chuẩn DVB thứ
2 trong truyền dẫn phát sóng HDTV. Đồng thời cũng đánh giá được hiện trạng
việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào nước ta để cho người sử dụng có một
cách sâu sắc hơn về dịch vụ mới HDTV tại Việt Nam.
Nội dung của luận văn được chia thành 5 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan HDTV
Chương 2: Các công nghệ và kỹ thuật sử dụng trong HDTV: Lấy mẫu,
lượng tử hoá, nén video số, chuẩn nén MPEG4, MPEG-4/AVC, kỹ thuật âm
thanh vòng sử dụng trong HDTV


2
Chương 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.
Chương 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
Chương 5: Ứng dụng triển khai HDTV tại Việt Nam
Qua lời nói đầu tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS.Ngô Thái Trị,
người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình hoàn thiện bản luận văn này;
cũng xin được 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

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV
1.1.Khái niệm HDTV
1.1.1. Khái niệm và ưu điểm của HDTV [5]
HDTV sử các kỹ thuật tiên tiến để tăng thêm các chi tiết ảnh và cải tiến
chất lượng âm thanh cung cấp tới tivi. Chất luợng hình ảnh tương đương với 35
mm phim camera, chất lượng âm thanh tương đương với một máy nghe nhạc
compact. Để đạt được 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 xuất sử dụng băng thông.
Các ưu điểm của HDTV so với SDTV
Khuôn hình rộng hơn, hình ảnh có độ sắc nét rõ ràng.
Âm thanh với chất luợng cao.
Băng thông sử dụng hẹp.
Khả năng chống xuyên nhiễu tốt, một số hiện tượng như 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 ưu
điểm của khuôn hình rộng là:
+ Góc nhìn thấy của con người khoảng xung quanh 120 o, nhưng 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 10o. 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 (thường là 1.85:1 hoặc 2.35:1).
+ Phần lớn các chuyển động trên màn hình được 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 lượng các hình cận cảnh và
chuyển cảnh. Mặt khác các chuyển động trên màn hình rộng là liền mạch và liên
tục với chương trình có tính phim ảnh. Nói một cách đơn giản là có thể giảm bớt


4
được các chuyển cảnh nhanh do ta có thể nhìn được nhiều hơn trên màn hình
rộng
Hình sau đây sẽ cho ta thấy hiệu quả của tỷ lệ khuôn hình.
16

9

Khoảng cách nhìn: 3H
Khoảng cách nhìn: 7H
0
Góc nhìn: 30
Góc nhìn: 100
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, được
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 tương ứng với 2 hệ tần số
là 25Hz và 30Hz.
Tần số dòng với định dạng 1080/30i: fH = 30 x 1125 = 33750Hz.
Tương tự như 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 tương tự
STT Thông số
1

Tần số khung
(Hz)

50Hz
720p
50

1080i

60Hz
720p

1080i

25

60

30

5

3
4

Tần số mành
(Hz)
Dạng quét
Tổng số dòng

5

Dòng tích cực

6

Dòng trống

2

7

50

50

60

1:1
750

2:1
1125

1:1
750

60

2:1
1125
1080 (21720 (26 đến 1080 (21-560, 720 (26 đến
560, 564745)
564-1123)
745)
1123)
45 (1-20, 56145 (1-20,
30 (1-25,
30 (1-25,
563, 1124561-563,
746-750)
746-750)
1125)
1124-1125)

Tần số dòng (fH,
37500
28125

Hz)
Bảng 1.1: Thông số quét ảnh của HDTV

45000

33750

1.1.4.Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu
Độ phân giải đứng tương đương 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 được tính bằng 70% của số dòng tích cực. Hệ số 0.7 được gọi là
hệ số K (Kell Factor).
Độ phân giải chiều đứng thường được thể hiện ở dạng số dòng của chiều
cao 1 ảnh (LPH – Lines per piture height), giá trị này được dùng để xác định
mức phân giải đứng tối đa có thể hiển thị được. 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 như 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) = 25.858µs
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 = 0.0384µs
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 tương 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 được quét xen kẽ, tương đương 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 chương 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 người 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, nhưng
hiện nay phần lớn các TV màn hình phẳng có 768 dòng. Các Projector độ phân
giải cao thường được 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, nhưng ta cần hiểu rằng số điểm ảnh là càng nhiều
càng tốt. Độ phân giải đặc chưng 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 được biết đến với tên HD đầy đủ (Full HD) hoặc bộ TV 1080p
hoặc Projector.

Hình 1.2: Tương quan về độ phân giải

1.2.Lịch sử và xu hướng 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, thương pháp quét: xen kẽ, tần số mành :
60Hz, độ rộng băng tần : 20MHz.


7
Đến tháng 10/1984, hệ MUSE (Multiple SubNyquist Sampling Encoding)
được NHK thiết kế để phát sóng truyền hình tương tự có độ phân giải cao qua vệ
tinh. Theo yêu cầu phát sóng, hệ MUSE còn được phát triển với nhiều version
khác nhau nữa. Trong đó, băng tần tín hiệu HDTV được nén từ 20MHz xuống
8.1MHz và có thể truyền, phát sóng qua vệ tinh. Nhật Bản cũng được ghi nhận
là nước duy nhất phát thương mại HDTV tương 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 được 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 được bán, tính đến
1/2007.
+ Một số kênh HDTV qua vệ tinh tại Nhật Bản:

-Mạng cáp:
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 tương thích.
-Thị trường thiết bị hiển thị HDTV.
Đa dạng với nhiều model và nhà sản xuất. Giá thành ngày càng giảm.


8

-

Xu hướng 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 tương tự sang số phát HDTV là kế
hoạch quốc gia của Nhật Bản và phải mất 4 năm mới hoàn thành.
Thị trường TV phẳng như LCD, PDP phát triển mạnh mẽ và là những sản
phẩm chính trong thị trường HDTV số rất đông đúc của Nhật Bản. Giá cả các
loại TV trên cũng giảm xuống một cách nhanh chóng, với xu hướng 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, được thành lập vào ngày 24/5/1993 từ việc thống nhất 4 nhóm nói trên.
Trong quá trình xây dựng hệ thống HDTV, Grand Alliance đã nhận thấy
rằng, công nghệ mới này phải được chuyển sang số hoá để có thể tương thích
với các hệ thống truyền hình hiện tại. Chính vì vậy, hệ thống HDTV tại Mỹ
được 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, được phát
số mặt đất theo tiêu chuẩn ATSC. Tín hiệu số HDTV được nén và phát trên


9
kênh 6MHz của truyền hình NTSC. Đến năm 1998 thì HDTV chính thức được
phát sóng thương mại tại Mỹ.
Hiện nay các chương trình HDTV được cung cấp tới khách hàng như 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 tương 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 được các thuê bao đăng ký,
với tỷ lệ khoảng 10%. Tuy nhiên số lượng kênh lại rất phong phú, diện phủ sóng
chiếm 75 % lãnh thổ.
Có thể nói hệ thống HDTV tại Mỹ đã được 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 nước ở châu Âu đã tổ chức hội nghị bàn thảo về
chương trình nghiên cứu HDTV mang tên “Eureka 95”, nhằm phát triển hệ
thống HDTV tại châu Âu. Giống như Nhật Bản, châu Âu cũng bắt đầu với hệ
truyền hình HDTV tương tự phát sóng qua vệ tinh. Vào tháng 5/1992, EU đưa ra
tiêu chuẩn D2-MAC, được 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 tương
tự hiện tại sang hệ thống D2-MAC thậm chí sang cả HD-MAC là hệ thống
HDTV tương tự đầy đủ. Tuy nhiên việc chuyển đổi này đã gặp một số trở ngại
từ một số nước, 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 nước có nền
công nghiệp truyền hình nhỏ như Hy Lạp, Ailen…cũng bày tỏ sự lo ngại về khả
năng tài chính của việc đầu tư phát triển HDTV. Chính vì vậy mà HDTV tương
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 tương 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 được bắt đầu được phát số thử nghiệm
tại châu Âu theo tiêu chuẩn DVB trên cả vệ tinh, cáp và sóng mặt đất.


10
- Hiện nay ở châu Âu đang chấp nhận 4 định dạng HDTV sau: 1080i/25,
1080p/50, 1080p/25 và 720p/50. Định dạng được 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 nước châu Âu:
•
HDTV tại Pháp:
Vệ tinh: có 7 kênh HDTV được phát với hơn 40000 đầu thu STB
Sóng mặt đất: phát thử nghiệm 2 kênh từ tháng 5/2006 cho các
chương trình tennis, bóng đá, phim, sân khấu
Trên ADSL: Tất cả các nhà cung cấp mạng đều đưa ra các dịch vụ
quảng bá HD.
Chưa tiến hành trên mạng cáp.
•
HDTV tại Đức:
Hiện chỉ phát trên vệ tinh, với khoảng 10 chương 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 chương trình HDTV
•
HDTV tại Bỉ
Phát trên vệ tinh và mạng cáp
Hiện tại có 3 chương trình HD1,2,3. Sắp có thêm HD4
•
Một số nước khác:
Tây Ban Nha: Có kế hoạch phát HDTV vào năm 2007 trên mạng
cáp và vệ tinh.
Italy: Đã phát 5 chương 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.

Các nước Ba Lan, Slovakia, Rumani, Nga đã bắt đầu thử nghiệm.
Xu hướng tại châu Âu:
Đa phần các nước đều triển khai HDTV qua vệ tinh với những ưu
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 nước
bắt đầu triển khai HDTV đều sử dụng MPEG 4/H.264 làm chuẩn nén. Các nước


11
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 được cấu thành từ ba thành
phần chính như 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 chương trình truyền hình : Hệ
thống thu tín hiệu các chương 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 chương trình có thể thu trực tiếp từ vệ tinh, truyền hình
mặt đất, các chương trình tự sản xuất.
 Hệ thống kiểm tra, giám sát: Bao gồm hệ thống monitor để kiểm tra
chất lượng cũng như nội dung các chương 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...
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 như các dữ liệu từ trung tâm tới các thuê bao và ngược lại.


12
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 được tích hợp trong một hộp nhỏ gọi là settopbox, nối tới tivi qua chuẩn HDMI.


13

CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƯỢC
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 được lựa chọn là 74.25MHz cho
tất cả các định dạng tương 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 fH : với định dạng 720p
74.25MHZ = 2640x fH : với định dạng 1080i
+ Với hệ 60Hz:
74.25MHZ = 1650 x fH : với định dạng 720p
74.25MHZ = 2200 x fH : với định dạng 1080i

Với tín hiệu thành phần, tần số lấy mẫu cũng thường được 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.
fS (Y):
74.25MHz
fS (C’B):
37.125MHz
fS (C’R):
37.125MHz
Cấu trúc lấy mẫu là trực giao, các mẫu tín hiệu hiệu mầu được 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, lưu trữ hay truyền dẫn. Các cấu trúc lấy
mẫu cũng tương tự như 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 được vượt
quá một nửa tần số lấy mẫu là 37.125MHz, và dải tần cho 2 tín hiệu hiệu mầu
không được vượt 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.Lượng tử hoá
Tuỳ theo mục đích để lưu trữ hay truyền dẫn, số bít lượng tử có thể là 10
hoặc 8 bít. Thành phần được lượng 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 lượng tử, các giá trị số sẽ chạy từ 000h đến 3FFh
(tương 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 lượng 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) được 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 tư 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 được 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

TT

Thông số

Giá trị


15
1

Mã hoá tín hiệu thành
phần

2

Tần số lấy mẫu

3

Cấu trúc lấy mẫu

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)
Y : 74.25 MHz
CB : 37.125 MHz
CR : 37.125 MHz
- Trực giao
- Mẫu tín hiệu mầu được lấy tại các mẫu
tín hiệu chói lẻ

4
5
6
7
8
9
10
11

Mã hoá
Lượng tử đồng đều, PCM
Mức đen
040h (64)

Mức trắng
3Ach (940)
Mức mầu dưới
040h (64)
Mức mầu trên
3C0h (960)
Dải video
004h – 3FBh (4 – 1019)
Mức cấm dưới
000h – 003h (0 – 3)
Mức cấm trên
3FCh – 3FFh (1020 – 1023)
Bảng 2.1 : Tổng hợp các thông số với các hệ khác nhau
Tính toán dung lượng 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 = 35.55µs.
Tổng số mẫu tín hiệu chói được lấy tại mỗi dòng là: 35.55 x 74.25 = 2640
mẫu/1 dòng
Tổng số mẫu tín hiệu mầu được 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 lưu trữ, mỗi mẫu được 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
2.3.Nén video số bằng MPEG [3]
2.3.1.Tổng quan nén MPEG
Hiện nay các chuẩn nén MPEG đang được sử dụng phổ biến và được 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


16
Được phát triển vào năm 1988-1992, là tiêu chuẩn đầu tiên của MPEG.
Chuẩn MPEG1 được 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 dư 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
Được xây dựng từ năm 1991 đến 1994 và vẫn đang được sử dụng rộng rãi
đến tận bây giờ.
MPEG 2 có thuật toán nén tương tự như MPEG 1, song đã được 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 tương tự như MPEG 1 song đã có hỗ trợ nén
hình ảnh quét xen kẽ. Chính vì vậy, MPEG 2 được sử dụng rộng rãi và chính
thức trong các tiêu chuẩn truyền hình DVB, ITSC, ISDB.
MPEG 3
Được 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
Được bắt đầu vào năm 1993, nhằm nâng cao hiệu quả nén cho HDTV.
MPEG 4 vẫn đang được phát triển đến hiện nay.
MPEG 7

Được đưa ra không phải là để cho nén, mà là các mô tả về đối tượng số và
metadata
2.3.2.Nguyên lý nén Video
Nguyên lý của nén video là loại bỏ các thành phần dư thừa trong chuỗi
hình ảnh trước khi truyền đi hay lưu trữ.
Các thành phần dư thừa trong chuỗi hình ảnh:
+ Dư thừa có tính thống kê: là các dư thừa về không gian và thời gian có
trong ảnh và trong quá trình chuyển động của ảnh.
+ Các dư thừa thuộc về khả năng cảm nhận của mắt người: là các thành
phần trong ảnh mà mắt người không có khả năng cảm nhận.
MPEG sử dụng 3 phương pháp để loại trừ các dư thừa nói trên


17
+ Loại trừ các dư thừa không gian (Nén trong ảnh): các dư thừa không
gian là các thành phần giống nhau trong ảnh hoặc các thành phần nằm ngoài khả
năng cảm nhận của mắt người. 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 nhưng có thể khôi phục tại đầu thu).
+ Loại trừ các dư thừa về mặt thời gian (Nén liên ảnh): với một chuỗi ảnh
liên tục, lượng 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 hướng
chuyển động – thành phần có dung lượng 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 phương pháp thống kê (Huffman Coding): Thông qua việc
xác định lượng thông tin của ảnh để lựa chọn số bít mã hoá thích hợp.

Hình 2.2: Tổng quan về chu trình nén MPEG
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 dưới dạng biên độ thành dữ liệu dưới dạng tần số. Các
phép tính được thực hiện trong phạm vi các khối block 8x8 tín hiệu chói và các
khối tương ứng của tín hiệu màu.
Horizontal frequency
14311813611412011212913413112112
61431341231241331471271341361131
11140129151129132139115116134131
15012411213412612913212513493116
13612413713813114414211914716214
9123132143117103125122109128132

8x8 pixel block

1033720123731-20-41210-26-1287138-4-1-26-18090-16-1114-1-3152171126-3-14-3720110-2-7-63424-9208624611111128-3-10-70

DCT

8x8 coefficients Matrix

Vertical
frequency


18

Hình 2.3: Biến đổi DCT
Hình 2.3: Biến đổi DCT
Một block 8x8 pixel có các dữ liệu dưới 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 trưng của mắt người, các thành phần tần số cao có thể biểu thị bằng
số lượng bít nhỏ hoặc loại bỏ.
2.3.3.2 Lượng tử hoá
Lượng tử hoá là quá trình làm giảm bớt số lượng 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 lượng bít đủ lớn. Các hệ số biểu
thị thành phần tần cao có thể cần số lượng bít ít hơn hoặc loại bỏ.
Quá trình lượng tử hoá sẽ sử dụng một bảng các hệ số lượng 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 tương ứng trong bảng DCT sẽ được chia
cho các hệ số trong bảng lượng tử, sau kết quả thu được sẽ được loại bỏ phần
thập phân. Do vậy sau quá trình lượng tử hoá, bảng ma trận thu được sẽ có các
hệ số ứng với thành phần tần cao là rất nhỏ và phần lớn là bằng 0.
1033720123731-20-41210-26-1287138-4-1-26-18090-16-1114-1-3152171126-3-14-3720110-2-7-63424-9208624611111128-3-10-70

1291112100011-1-100000000-10001000000-10000000100000001000000000000000

Quantization

Hình 2.4: Lượng tử hoá các hệ số biến đổi DCT


19
Quá trình lượng tử hoá là quá trình gây tổn hao, tuỳ theo giá trị của bảng
trọng số lượng 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 lượng tử được 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 phương pháp mã hoá được 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 (được biết đến với tên Huffma Coding) là phương 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 được mã hoá bằng một từ mã có số lượng bít ít, các giá trị biểu thị có
xác suất xuất hiện thấp sẽ được biểu thị bằng từ mã có số lượng bít nhiều hơn.
Nhờ đó mà tăng hiệu quả nén mà không gây tổn hao dữ liệu.
RLC là phương pháp mã hoá áp dụng trong trường 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 lượng giá trị đó.
2.3.4.Nén liên ảnh
Nén liên ảnh về cơ bản là dựa trên ảnh nguyên bản chưa 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 như ảnh
nguyên bản ban đầu.
Nén liên ảnh được thực hiện với các Macro Block (MB) gồm 16x16 phần
tử ảnh, tương đương với 4 Block.
Với một chuỗi các ảnh của chuyển động, ảnh đầu tiên sẽ được truyền đi
với đầy đủ thông tin. Các ảnh tiếp theo sẽ chỉ phải truyền giá trị biểu thị sự khác
biệt với ảnh trước đó và vector dự đoán hướng 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 được nén theo
phương pháp nén trong ảnh. Hiệu quả nén đạt không cao.

- Ảnh P (Predicted): Có thể được nén trên cơ sở dự đoán chuyển động
của ảnh I và P trước 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


20
động trong trường 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 được từ việc nội suy 2
hướng giữa 2 ảnh I hoặc 2 ảnh P ở ngay trước 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 như trình tự xuất hiện ảnh.

Thứ tự trên là thứ tự mà các ảnh được trình chiếu, ta có thể đánh số như
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 được 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
2.3.4.2 Dự đoán chuyển động
Dự đoán chuyển động trong nén liên ảnh được 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 được dự đoán tới vị trí mới trong ảnh P, khi đó thay
vì truyền đi cả 4 ảnh (đã được 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

được dự đoán.


21
Tại phía thu, từ ảnh I và vector chuyển động sẽ khôi phục lại ảnh P, cộng
với phần sai lệch được truyền đi sẽ có được 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, nhưng hiện nay
gần như không có cách nào để cải thiện hơn nữa hiệu quả nén của MPEG 2. Với
nguồn tín hiệu có dung lượng lớn như HDTV, khả năng nén của MPEG 2 không
cho kết qua như mong muốn.
MPEG 4 được bắt đầu nghiên cứu từ năm 1993, đến năm 1998 thì hoàn
thành và được ISO công nhận là chuẩn quốc tế vài tháng sau đó.
MPEG 4 version 1 được hoàn thành vào năm 1998, version 2 ra đời vào
năm 1999. sau 2 version chính đó, rất nhiều công cụ được thêm vào cho các bản
sửa đổi tiếp theo, đến mức không thể phân biệt được các version. Tuy nhiên việc
phân biệt các version không quan trọng, điều cần thiết là phải phân biệt được các
profile. Các công cụ và profile hiện tại trong tất cả các version không được thay
thế trong version tiếp theo. Tất cả các công nghệ mới luôn luôn được thêm vào
MPEG 4 dưới dạng một profile mới.
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), đưa
ra các mô tả về việc phân phối các khung tích hợp đa phương tiện (DMIF)
•
Phần 7: Tối ưu 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


22
•
Phần 15: Định dạng file AVC
•
Phần 16: Mô phỏng cấu trúc mở rộng (AFX) và thế giới đa người
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 người sử dụng cuối cùng. MPEG 4 có 6
đặc chưng cơ bản
2.4.1.1. Mã hoá các đối tượng nghe nhìn
Nếu như MPEG 2 mã hoá thực hiện với dòng video bao gồm cả âm thanh,
hình ảnh, các dữ liệu phụ như 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 được thực
hiện trên cơ sở các cảnh âm thanh hình ảnh (audiovisual scenes) được kết hợp từ
các đối tượng nghe nhìn (media objects hay audiovisual object - AVO). MPEG
4 cho phép mỗi loại đối tượng này được mã hoá theo cách riêng để tối ưu hoá
đặc điểm tự nhiên của chúng, và cho phép chúng được truyền đi đến người dùng
như các dòng căn bản.
Các cảnh âm thanh hình ảnh là kết hợp của một vài đối tượng nghe nhìn,
được sắp xếp theo cấu trúc phân cấp. Các đối tượng nghe nhìn nguyên bản như:
Các hình ảnh tĩnh (ví dụ hình nền )
Các đối tượng video (ví dụ người đang nói, không có hình nền)
Các đối tượng âm thanh (ví dụ các giọng nói liên kết với người đó,
nhạc nền)
MPEG 4 cũng định nghĩa số lượng các đối tượng nghe nhìn có khả năng
thể hiện dưới cả 2 dạng nội dung tự nhiên và tổng hợp.
Thêm vào các đối tượng nghe nhìn nói trên, MPEG 4 cũng định nghĩa một
số đối tượng khác để có thể tổng hợp lại các AVO tại đầu thu như:
Text và đồ hoạ
Các text liên kết và hình ảnh mặt đang nói để đồng bộ thoại với
hình ảnh nói, đồng bộ mặt người với cơ thể.
Các âm thanh nhân tạo.
Một đối tượng nghe nhìn ở dạng mã hoá có thể chứa một số thông tin mô
tả, để có thể kết hợp nó vào trong một cảnh âm thanh hình ảnh thành 1 dòng dữ
liệu. Một điều quan trọng nữa là mỗi AVO có thể được trình diễn độc lập với
các hình ảnh xung quanh và hình nền.

Việc mã hoá các AVO sẽ tăng hiệu quả nén và tăng tính linh hoạt phía
thu. Người sử dụng có thể thay đổi sự kết hợp các AVO mà không làm thay đổi
nội dung các AVO.


23
2.4.1.2. Kết hợp các AVO
Hình vẽ sau sẽ giải thích cách 1 cảnh âm thanh hình ảnh được kết hợp lại
từ các AVO. Trong đó các AVO như là các chiếc lá trong cây mô tả và các AVO
kết hợp sẽ là các cành cây. Ví dụ đối tượng hình ảnh là hình người đang nói, đối
tượng âm thanh tương ứng sẽ được ghép với đối tượng hình ảnh để hình thành 1
AVO mới bao gồm cả âm thanh và hình ảnh của người đang nói.
MPEG 4 cũng cung cấp một cách chuẩn hoá để mô tả 1 cảnh âm thanh
hình ảnh:
Đặt các AVO tại bất cứ chỗ nào trong hệ toạ độ đã cho.
Thực hiện phép biến đổi để chuyển định dạng hình học hoặc âm
thanh của AVO
Nhóm các AVO nguyên bản để hình thành Avo tổng hợp.
Gắn các dòng số liệu vào các AVO để thay đổi các thuộc tính của
chúng (ví dụ như âm thanh, chuyển động của một đối tượng, các thông số làm
sinh động 1 hình ảnh mặt người)
Thay đổi một cách tương tác điểm nghe nhìn của người xem tại bất
cứ nơi đâu trong cảnh.

Hình 2.7: Âm thanh hình ảnh được kết hợp lại từ các AVO