BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

−−−−***−−−−

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH

KỸ THUẬT SỐ VÀ KỸ THUẬT NÉN ẢNH

NGÀNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

VŨ SINH THƯỢNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. ĐỖ HOÀNG TIẾN

HÀ NỘI - 2005

-1-

Môc lôc

Danh môc ch÷ viÕt t¾t ...................................................................... 3

Lêi më ®Çu : ............................................................................................. 5

Ch¬ng I :

TruyÒn h×nh kü thuËt sè ................................. 7

1.1 Sè ho¸ tÝn hiÖu truyÒn h×nh .............................................................. 7

1.1.1. biÕn ®æi t¬ng tù - sè ................................................................... 7

1.1.2. §Æc ®iÓm cña tÝn hiÖu sè: .......................................................... 10

1.2. C¬ së biÕn ®æi tÝn hiÖu truyÒn h×nh. ............................................. 10

1.2.1. BiÕn ®æi tÝn hiÖu vide. ............................................................... 10

1.2.2. Lîng tö ho¸ vµ sè bit biÓu diÔn mÉu. ...................................... 15

1.2.3. M· ho¸ tÝn hiÖu rêi r¹c. ............................................................. 16

1.3. NÐn tÝn hiÖu ..................................................................................... 17

1.3.1 NÐn tÝn hiÖu sè. .......................................................................... 17

1.3.2. B¶n chÊt cña nÐn tÝn hiÖu. ......................................................... 18

1.3.3. NÐn audio sè. ............................................................................. 19

1.3.4. NÐn ¶nh tÜnh. ............................................................................. 19

1.3.5. NÐn Video sè. ............................................................................ 20

1.3.6. Nguyªn lý nÐn kh«ng tæn hao. .................................................. 21

1.3.7. NÐn tÝn hiÖu sè cã tæn hao. ........................................................ 22

1.3.7.1. Nguyªn lý nÐn cã tæn hao .................................................. 22

1.3.7.2. C¸c ph¬ng ph¸p biÕn ®æi : ................................................ 22

1.3.7.3. Lîng tö ho¸ ...................................................................... 23

1.3.7.4. Vai trß cña bé l¬ng tö ho¸: ............................................... 23

1.3.8. M· ho¸ dù ®o¸n tæn hoa. ....................................................... 24

1.3.9. M· ho¸ biÕn ®æi ......................................................................... 25

1.4. C¸c ph¬ng ph¸p sö dông trong chuÈn nÐn ¶nh JPEG ............. 26

1.4.1. Giíi thiÖu chung ........................................................................ 26

1.4.2. C¸c nguyªn t¾c cña nÐn ¶nh ...................................................... 27

1.5. HÖ thèng nÐn tÝn hiÖu MPEG: (Motion Picture Expers Group) 35

-2-

1.5.1. Giíi thiÖu hÖ thèng MPEG ........................................................ 35

1.5.2. M· ho¸ Video. ........................................................................... 37

1.5.3 NÐn Video MPEG: ..................................................................... 39

3.5.4. NÐn theo kh«ng gian (nÐn Intra) - NÐn ¶nh I. ........................... 46

1.5.5. NÐn theo thêi gian (nÐn Inter) - NÐn ¶nh P, B. .......................... 48

1.5.6. HÖ thèng nÐn tÝn hiÖu MPEG - 2 ............................................... 50

1.5.7. NÐn Audio MPEG. .................................................................... 53

1.6. §iÒu chÕ sè. ..................................................................................... 56

1.6.1. Giíi thiÖu chung ........................................................................ 56

1.6.2. §iÒu chÕ kho¸ dÞch pha M - PSK (Phase Shift Key) ................. 56

1.6.3. §iÒu chÕ M - QAM (Quadrature Amlitude Modulation) ......... 66

1.7 §iÒu chÕ PAM (Pulse Ampliture Modulation) ............................. 71

1.7.2. So s¸nh M - PSK vµ M - QAM .................................................. 73

Ch¬ng II : GhÐp kªnh ................................................................... 75

2.1. Dßng d÷ liÖu MPEG ....................................................................... 75

2.1.1. HÖ thèng MPEG ......................................................................... 75

2.1.2. §Æc ®iÓm cña c¸c dßng d÷ liÖu MPEG. .................................... 76

Ch¬ng III : TruyÒn tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè ............ 80

3.1 Giíi thiÖu chung. ............................................................................. 80

3.2 c¸c ph¬ng thøc truyÒn h×nh tÝnh hiÖu truyÒn h×nh sè. .............. 80

3.2.1. TruyÒn tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè b¨ng c¸p ®ång trôc. ................. 80

3.2.2. TruyÒn tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè qua vÖ tinh. .............................. 82

3.2.3 TruyÒn tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè b»ng viba. .................................. 83

3.2.4. TruyÒn tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè b»ng c¸p quang. ....................... 85

3.3 C¸c ph¬ng thøc m· ho¸ ®êng truyÒn ........................................ 90

3.3.1. Giíi thiªu chung ........................................................................ 90

3.3.2. M· ho¸ tÝn hiÖu sè. .................................................................... 90

KÕt luËn chung ................................................................................. 93

-3-

Danh môc ch÷ viÕt t¾t

Tõ viÕt t¾t

TiÕng anh ®Çy ®ñ

TiÕng viÖt

A/D (ADC)

Analog to Digital

BiÕn ®æi t¬ng tù sè

ADPCM Adaptive Differential Pulse

Modulation

§iÒu xung m· vi sai

thÝch nghi

AES Audio Engineering Society HiÖp héi kü thuËt

Audio

ANSI American National Standard

Institule

ViÖn tiªu chuÈn quèc

gia Mü

ASCII American Standard Code for

Information Interchange

M· chuÈn Mü vÒ trao

®æi th«ng tin

ATV

Advanced Television

TruyÒn h×nh c¶i biªn

BER

Bit error Rate

Tû lÖ lçi bit

BTA Broadcasting Technical

Association (Japan)

HiÖp héi kü thuËt

truyÒn h×nh truyÒn

thµnh (NhËt)

CAPM Carrerless Amplitude Phase

Modulation

§iÒu chÕ pha biªn ®é

nÐn t¶i thÊp

CATV

Community Antenna Television

TruyÒn h×nh c¸p

CCIR Comites Consltatif Intenational

en Radiodiffusion

Héi ®ång t vÊn quèc tÕ

vÒ ph¸t sãng

CCITT Consulative Commitee on

International Telegrahy and

Telephony

Héi ®ång t vÊn quèc tÕ

vÒ ®iÖn tÝn vµ ®iÖn tho¹i

CDTV Conventional Definition

Television

TruyÒn h×nh th«ng

thêng

DA (DAC)

Digital to Analog

BiÕn ®æi sè t¬ng tù

DAB

Digital Audio Broadcasting

Ph¸t thanh sè

Direct Curent

Dßng mét chiÒu

DCT

Dicrete Cosin Transform

BiÕn ®æi cosin rêi r¹c

DBS Direct Broadcasting Satellite TruyÒn h×nh trùc tiÕp tõ

vÖ tinh

DEMUX

Demultiplex

T¸ch kªnh

DPCM

Defferential Pulse Code

§iÒu xung m· vi sai

-4-

Modulation

DTV

Digital Television

TruyÒn h×nh sè

DVB Digital Vedeo Broadcasting TruyÒn h×nh sè (chuÈn

Ch©u ¢u)

DVB/C/S/T DVB - Cable/Satellite/

Terestrical

TruyÒn h×nh sè qua c¸p/

vÖ tinh/ ph¸t sãng trªn

mÆt ®Êt

EBU European Broadcast Union HiÖp héi truyÒn thµnh

truyÒn h×nh ch©u ©u

EOB

End of Block

KÕt thóc khèi

FCC Federal Communication

Commision

Héi ®ång th«ng tin Liªn

Bang (Mü)

HDTV High Definition Television TruyÒn h×nh cã ®é ph©n

gi¶i cao

ISO International Standard

Organization

Tæ chøc tiªu chuÈn

quèc tÕ

ITU International

Telecommunication Union

HiÖp héi viÔn th«ng

quèc tÕ

JPEG Joint Photographic Expert Group

Nhãm chuyªn gia

nghiªn cøu vÒ ¶nh tÜnh

MPEG Moving Pictures Expert Group Nhãm chuyªn gia

nghiªn cøu vÒ ¶nh ®éng

MUX

Mutiplex

GhÐp kªnh

NTSC National Television System

Committee

Héi ®ång hÖ thèng

truyÒn h×nh quèc gia

Mü

PAL Phase - alternating line Pha lu©n phiªn theo

dßng (hÖ Pal)

Pixel

Picture Element

§iÓm ¶nh

R - DAT

Rotary - Digital Audio Tapa

B¨ng Audio sè quay

SNR Signal - to - noise Ratio Tû sè tÝn hiÖu trªn

nhiÔu

-5-

Lêi më ®Çu

TruyÒn h×nh sè lµ bíc ph¸t triÓn tÊt yÕu cña truyÒn h×nh nãi riªng vµ

trong c«ng nghÖ c¸c thiÕt bÞ ®iÖn tö nãi chung vµ lµ bíc quan träng trong

viÖc thay ®æi chÊt lîng cña truyÒn h×nh ®Ó ®¹t tíi møc hoµn thiÖn cao.

Cïng víi truyÒn h×nh kü thuËt sè, ngêi sö dông sÏ kh«ng chØ ®¬n thuÇn

nghÜ ®Õn kh¸i niÖm “truyÒn h×nh” lµ cung cÊp c¸c ch¬ng tr×nh TV h×nh ¶nh

truyÒn h×nh th«ng thêng... mµ cßn cã thÓ gióp hä tiÕp cËn ®îc nhiÒu lo¹i

h×nh dÞch vô phong phó vµ thuËn tiÖn kh¸c.

§· cã nhiÒu c«ng tr×nh nghiªn cøu cña c¸c nhµ khoa häc t¹i ViÖt

Nam vÒ truyÒn h×nh kü thuËt sè, ®Çu tiªn lµ ®Ó tiÕp cËn víi c«ng nghÖ míi,

mèi quan hÖ phøc hîp ®Ó tõ ®ã cã ®îc sù lùa chän tiªu chuÈn phï hîp nhÊt

cho truyÒn h×nh níc ta theo quan ®iÓm kÕt hîp c¶ vÒ kü thuËt, kinh tÕ vµ

hoµn c¶nh x· héi.

LuËn v¨n cao víi ®Ò tµi: “Nghiªn cøu tæng quan truyÒn h×nh kü thuËt

sè vµ kü thuËt nÐn ¶nh” bao gåm nghiªn cøu lý thuyÕt vÒ cÊu tróc truyÒn

h×nh sè, ®a ra c¸c ®¸nh gi¸ lùa chän cÊu tróc vµ thiÕt kÕ tèi u hÖ thèng

truyÒn h×nh sè phï hîp víi ®iÒu kiÖn ë níc ta, ®ång thêi ®a ra c¸c cÊu

h×nh m¹ng cô thÓ khi truyÒn tÝn hiÖu truyÒn h×nh sè lªn m¹ng truyÒn h×nh

c¸p...

Trong thêi gian hoµn thµnh luËn v¨n cña m×nh t«i ®· nhËn ®îc sù

gióp ®ì chØ b¶o quÝ b¸u cña ThÇy gi¸o – TS. §ç Hoµng TiÕn cïng c¸c thÇy

c« vµ b¹n bÌ trong khoa §iÖn tö – ViÔn th«ng, Trêng §¹i häc B¸ch khoa

Hµ Néi.

-6-

Do tr×nh ®é vµ thêi gian hoµn thµnh luËn v¨n tèt nghiÖp cã h¹n nªn

kh«ng tr¸nh khái c¸c s¬ xuÊt vÒ néi dung còng nh h×nh thøc. §Ó hoµn

thµnh néi dung cña ®Ò tµi nµy ch¾c cßn ph¶i bæ sung rÊt nhiÒu, kÝnh mong

sù gÝp ý cña mäi ®éc gi¶.

Hµ Néi, ngµy 27 th¸ng 9 n¨m 2005

Häc viªn thùc hiÖn

Vò Sinh Thîng

-7-

Ch¬ng I

TruyÒn h×nh kü thuËt sè

1.1 Sè ho¸ tÝn hiÖu truyÒn h×nh

1.1.1. biÕn ®æi t¬ng tù - sè

+) C¸c hÖ truyÒn h×nh mµu hiÖn nay (PAL, NTSC, SECAM) ®Òu lµ

nh÷ng hÖ truyÒn h×nh t¬ng tù, tÝn hiÖu truyÒn h×nh lµ hµm liªn tôc theo thêi

¶nh hëng cña can nhiÔu lµm gi¶m chÊt lîng h×nh ¶nh. TÝn hiÖu video sè

®îc t¹o tõ tÝn hiÖu video t¬ng t. TÝn hiÖu video sè ®îc biÓu diÔn b»ng

hai tr¹ng th¸i logic ''0'' vµ ''1''. TÝn hiÖu video sè cã nhiÒu ®Æc tÝnh u viÖt

h¬n h¼n tin hiÖu video t¬ng tù ®Æc biÖt lµ tÝnh chèng nhiÔu cao…

Qu¸ tr×nh biÕn ®æi tÝn hiÖu t¬ng tù thµnh tÝn hiÖu sè gåm ba giai

®o¹n:

LÊy mÉu tÝn hiÖu t¬ng tù lµ: Lµ qu¸ tr×nh rêi r¹c ho¸ tÝn hiÖu theo

thêi gian b»ng tÇn sè lÊy mÉu f

Lîng tö ho¸: Lµ qu¸ tr×nh rêi r¹c ho¸ tÝn hiÖu theo biÕn ®é ®· ®îc

lÊy mÉu, tøc lµ chia biÕn ®é thµnh nhiÒu møc kh¸c nhau, mçi møc ®îc g¸n

cho gi¸ trÞ.

M· ho¸ tÝn hiÖu: (®· ®îc lîng tö hãa): Tøc lµ biÕn ®æi tÝn hiÖu ®ã

th¸i ''0'' vµ ''1'').

Nhãm c¸c bit tÝn hiÖu sè biÓu diÔn c¸c mÉu ®· lîng tö ho¸ t¹o thµnh

bit.Sè bit biÓu diÔn mÉu n cã quan hÖ chÆt chÏ víi m kho¶ng lîng tö.

m= 2

-8-

Lîng th«ng tin truyÒn ®i trong mét ®¬n vÞ thêi gian ®îc gäi lµ tèc

®é bit C.

C= f

.n = W. log

(1+N/S) (bit/s)

trong ®ã :

C: lµ tèc ®é bit.

W: lµ tèc ®é réng kªnh truyÒn .

S/N: Lµ tØ sè tÝn hiÖu trªn nhiÒu ( t¹p tr¾ng).

Trong thùc tÕ, c«ng thøc Shannon cho biÕt ®Ó truyÒn tÝn hiÖu sè tèc

®é C cÇn truyÒn cã ®é réng b»ng tÇm W: W≥ 3C/4 (Hz) ë phÝa thu, ta cã qui

tr×nh ngîc l¹i biÕn ®æi tÝn hiÖu tõ d¹ng sè sang tÝn hiÖu d¹ng t¬ng tù.