Tài liệu Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông Chương VI docx

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
91

Chương VI
DVD PLAYER ( Digital Video Disc Player )
I. PHƯƠNG PHÁP NÉN DỮ LIỆU TRONG DVD
1. Nén MPEG – 2
MPEG ( Moving picture experts group ) là nhóm chuyên gia ảnh động làm việc
trong tổ chức ISO/ IEC từ năm 1988, mục đích của nhóm là đưa ra được một chuẩn về
kỹ thuật nén audio. Năm 1993, nhóm này đã đưa ra được tiêu chuẩn đầu tiên là
MPEG-1, đây là tiêu chuẩn dùng cho nén audio và video chất lượng tương đương
VHS, tốc độ dữ liệu trong MPEG-1 ứng với tín hiệu Video là 1,5 Mb/s và audio là 192
Kb/s.
Năm 1995, nhóm MPEG đưa ra tiêu chuẩn nén MPEG 2 chủ yếu dùng cho nén
tín hiệu số video, tốc độ dữ liệu trong MPEG 2 có thể lên đến 30Mb/s
Trong kỹ thuật ảnh số, có 2 tiêu chuẩn lấy mẫu được sử dụng phổ biến là: 4:2:2
và 4:2:0
• 4:2:2: tiến hành lấy mẫu tất cả các điểm ảnh của tín hiệu chói Y trên tất cả các
dòng của một ảnh và lấy mẫu xen kẽ các điểm ảnh của hai thành phần tín hiệu
màu ( I, Q: NTSC / U, V : PAL ). Xem hình trang sau:

• Tiêu chuẩn 4:2:0




Lấy mẫu Y

Lấy mẫu U (PAL)

Lấy mẫu V (PAL)
Pixel 1 2 3 n
Dòng 1


Dòng 2





Dòng M

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
92

Tiêu chuẩn này lấy mẫu Y trên tất cả các pixel của tất cả các dòng và lấy mẫu
tín hiệu mà trên các pixel xen kẽ của dòng và trên các dòng xen kẽ nhau.
Theo tiêu chuẩn truyền hình CCIR; ta có N = 720 pixels và M = 576 dòng
⇒

số bit dữ liệu trong 2 chuần lấy mẫu là: ( 25 ảnh / s)( lượng tử hóa video 8 bit )
4 : 2 : 2 : 720 x 576 x 25 x 8 + 360 x 576 x 25 x (8+8) = 166 Mbit/s
4 : 2 : 0 : 720 x 576 x 25 x 8 + 360 x 288 x 25 x (8+8) = 124 Mbit/s
Phương pháp nén MPEG 2 chọn tiêu chuẩn lấy mẫu 4:2:0 với tốc độ bit 124
MS/s và dựa trên 2 kỹ thuật chính là DCT ( Discrete cosine transform: biến đổi cosin
rời rạc ) và MCP ( Motion – compensated inter- frame prediction )
a. DCT

Biến đổi DCT được thực hiện trên một khối gồm 8 pixel và 8 dòng của ảnh thật
đã lấy mẫu để cho ra một ma trận 8 x 8 với các điểm là các hệ số DCT. Các hệ số
DCT nói lên sự biến đổi tần số giữa các mẫu theo chiều ngang và dọc. Phép toàn DCT
được mô tả như sau:
() () () ( )
( ) ( )
() ()
11
00
21. 21.

2
, . . , cos .cos
22
1
,0
,
2
1,0
NN
xy
x uyv
FUV Cu Cv f xy
NNN
uv
Cu Cv
uv
π π
−−
==
++
=

=

=


≠

∑∑

Phép DCT ngược hay còn gọi là IDCT :
() () () ( )
( ) ( )
11
00
21 21
2
, . . , cos .cos
22
NN
uv
x uyv
fxy CuCvFuv
NNN
π π
−−
==
++
=
∑∑

Pixel 1 2 3 n
Dòng 1


Dòng 2

Dòng 3





Dòng M
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông


Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
93
Trong đó:
x,y : là tọa độ của ảnh gốc
u,v : tọa độ của hệ số DCT
N : kích thước ma trận thực hiện phép biến đổi











• Lượng tử hóa ma trận DCT
Độ lớn của mỗi mẫu ảnh thật được dùng 8 bit để mô tả trong khi ở ma trận
DCT dùng đến 11 bit để mô tả độ lớn

⇒
không có lợi về mặt tốc độ bit khi truyền,
chính vì vậy mà ma trận DCT sẽ được ước lượng giá trị như sau:
Ví dụ: cho 1 DCT









Khi truyền các hệ số DCT, MPEG thực hiện theo các đường zig-zag:
12, 6, 6, 0, 4, 3, 0, 0………, 0
Việc lượng tử hóa được thực hiện theo 2 bước:
Ngang
Dọc
11bit
8bit
DCT
IDCT
8x8 mẫu ảnh gốc
Start
12 6 3
6 4
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông


Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng

94
Bước 1: nhóm các hệ số khác 0, các hệ số đi theo số 0 và các hệ số
∅

(12), (6), (6), (0,4), (3), (0,…,0)
Bước 2: tiến hành truyền các nhóm:
12345
,,,,,VVVVVEOB

Như vậy thay vì truyền 64 hệ số thì hệ thống chỉ truyền 6 hệ số của DCT
• Mã hóa VLC ( Vaniable Length Code ):
Các hệ số DCT sau khi được lượng tử hóa sẽ không được truyền đi mà phải
được mã hóa với độ dài mã thay đổi ( VLC ) trước khi truyền.
Bảng tham chiếu mã VLC:
Độ dài hệ osố chạy theo zero
(length of num of zero)
Hệ số DCT &
zero
Từ mã VLC Số bit
0
0
1
0
EOB
12
6
4
3
-
0000 0000 1101

0010 0001 0
0000 0011 000
0010 10
10
00
Suy ra được chuỗi bit truyền.
Length of
run of zeros

Value of non-zero
coefficient
Variable-length
codeword
0 12 0000 0000 1101 00
0 6 0010 0001 0
1 4 0000 0011 000
0 3 0010 10
EOB - 10

b. Motion – Compensated Inter – Frame Prediction

Bộ dự báo có nhiệm vụ dự báo một ảnh nguồn trên cơ sở một ảnh đã mã hóa.
Ảnh sau khi dự báo sẽ lưu lại làm cơ sở để dự báo cho ảnh kế tiếp.
Việc dự báo sẽ rất khó khăn nếu ảnh chuyển động với tốc độ cao ( ảnh sau khác
với ảnh trước nhiều ), do đó phương pháp MCP sẽ bù thêm giá trị để tạo ảnh nguồn
đúng trên cơ sở của ảnh tham chiếu.
• Cấu trúc của hệ thống mã hóa và giải mã MPEG 2 tín hiệu Video

Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông

Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
95















• Cấu trúc bit stream MPEG 2 Video

Bit stream
DCT
Q
(quantization)
VLC
IQ
IDCT
MCP
Video In
Hình 6.1
Mã hóa & giải mã MPEG2 tín hiệu video
VLC IQ IDCT
IQ
Bit stream
Video Out
Quantized DCT 1 block 8x8
(DCT VLC)
Macro block
ADD
mode Q valve
Motion
vection
Coded block
pattern
Y block C block

Start
code
Slide
ADD
Q valve Macro block
Þ
1 Macro
block n-1
Start
code
Picture
flags
Slide Þ Slide 1 Slise m-1
Start
code
Sequence
parameters
Q weight
matrix
Picture 1 Slise m-1
Profile &
level
Picture Þ
Chỉ ra phân lọai của MPEG2 để khi giải nén sẽ thực hiện đúng với lọai
khi mã hóa
Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông


Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
96

2. Mã hóa Dolby AC-3










II. DVD














SGH blue được đọc bằng blue laser và được phát triển bởi poineer đây là đĩa
được phát triển từ digital LD ( laser digital )
Sau 1 thời gian, pioneer hợp tác với Toshiba
⇒

digital SD, loại đĩa này sử
dụng tia red laser có khả năng ghi đa kênh thông tin. Cũng trong thời gian này Sony
và Phillips hợp tác cho ra đời loại đĩa MMCD.
BPF & phân
tích
Mã hóa đường
bao phổ tần audio
Lượng tử hóa
Chỉ định bit
Định dạng
khung AC-3
Bit stream
Audio PCM
IN
Audio lấy mẫu
-

48 KHz
-

Q = 16 bit
1994 1995 1997 1996 1998 1999
SD
MMCD
DVD
DVD Video block
DVD –R book (3,95GB)
DVD-RAM book (2,6GB)
SGH blue
Di

gital LD
DVD-Audio book
DVD-R (4,7G)
DVD-RAM (4,7G)
DVD RW (4,7GB