Luận Văn Nghiên cứu kỹ thuật nén video trong truyền hình số

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây, công nghệ truyền hình đang chuyển sang một bước ngoặt mới - Quá trình chuyển đổi từ công nghệ truyền hình tương tự sang truyền hình số. Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng thời đại " Video số, Truyền hình số " đã bắt đầu, công nghệ tương tự đã hết thời nhường đường 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 tương tự và vì thế thiết bị tương tự dần vắng bóng trên thị trường. Trong tương lai không xa, các thiết bị sản xuất chương trình, các máy phát hình, các thiết bị video, audio sẽ được thay thế bằng thiết bị số.
Trên thế giới đã có rất nhiều nước đang bắt đầu áp dụng truyền hình số như Mỹ, Nhật, các nước phương Tây và một số nước Châu á khác. Do vậy đài truyền hình Việt Nam cần phải có chiến lược phát triển truyền hình số để tránh tụt hậu về công nghệ và có điều kiện hội nhập với quốc tế.
Tuy nhiên truyền hình số lại có yêu cầu về băng tần lớn hơn rất nhiều so với truyền hình tương tự, từ đó sẽ rất khó khăn, thậm chí không thể thực hiện được việc truyền tín hiệu video số qua vệ tinh với độ rộng dải tần một kênh 27 MHz hoặc qua hệ thống truyền hình quảng bá trên mặt đất với tiêu chuẩn 7- 8 MHz cho một kênh truyền hình tiêu chuẩn. Do vậy, nén tín hiệu video là một công đoạn không thể thiếu để khắc phục những khó khăn trên.
Trong khuôn khổ đồ án “Nghiên cứu kỹ thuật nén video trong truyền hình số”, em tập trung nghiên cứu những kỹ thuật nén video đang được ứng dụng trong thực tế truyền hình hiện nay. Nội dung đồ án được trình bày trong bốn chương:
Chương 1: Tổng quan về truyền hình số
Chương 2: Tổng quan về nén tín hiệu số
Chương 3: Một số công nghệ nén video
Chương 4: Một số tiêu chuẩn nén
Tuy nhiên do tính chất khuôn khổ đồ án, do thời gian nghiên cứu và do kiến thức của một sinh viên, chắc chắn đồ án sẽ còn có rất nhiều sai sót nên em rất mong có được sự chỉ bảo của các thầy giáo và những ý kiến đóng góp của các đồng chí học viên để đồ án được hoàn thiện hơn.
Trong quá trình học tập và làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của thầy giáo – Thượng tá- TS -Vương Tuấn Hùng. Em hết sức biết ơn sự giúp đỡ của thầy. Nhân đây em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo trong bộ môn Thông tin – Khoa Vô tuyến điện tử – HVKTQS

Mục lục
trang
Lời nói đầu .1
Chương 1: tổng quan về truyền hình số .3
1.1 khái niệm truyền hình số .3
1.1.1 Khái quát chung 3
1.1.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số .4
1.1.3 Đặc điểm của thiết bị truyền hình số 5
1.2 biến đổi tín hiệu tương tự –số(A/D) 7
1.2.1 Lấy mẫu tín hiệu Video 7
1.2.2 Lượng tử hoá 13
1.2.3 Mã hoá 14
CHƯƠNG 2: TổNG QUAN Về NéN TíN HIệU Số 16
2.1 Khái niệm chung .16
2.1.1 Định nghĩa .16
2.1.2 Sự cần thiết phải nén tín hiệu số 16
2.1.3 Mô hình nén ảnh 17
2.1.4 Bản chất của nén 17
2.2 Nén không tổn hao 18
2.2.1. Mã hoá VLC 18
2.2.2 Mã hoá RLC .19
2.2.3. Sử dụng khoảng xoá dòng và mành .20
2.2.4 chuyển đổi cosin dời rạc 20
2.3 Nén có tổn hao .21
2.3.1 Biến đổi dự đoán tuyến tính 21
2.3.2 Biến đổi Unita .22
2.3.3 Biến đổi đa phân giải .23
2.3.4 Mã hoá dự đoán .23
2.3.5 Mã hoá chuyển đổi 24
CHƯơng 3: một số công nghệ nén viDEO 27
3.1 Nén video công nghệ DPCM .27
3.1.1 xử lý giải tương hỗ trong công nghệ DPCM .27
3.1.2 Kĩ thuật tạo dự báo .27
3.1.2.1 Sai số dự báo .28
3.1.2.2 Tạo dự báo cho ảnh truyền hình 28
3.1.2.3 Tạo dự bao Intra 29
3.1.2.4 Tạo dự báo Inter 32
3.1.2.5 Sự giảm tốc dòng bit 32
3.1.2.6 Lượng tử hoá sai số dự báo .33
3.1.3 Kỹ thuật dự đoán bù chuyển động .33
3.1.4 Ước lượng chuyển động bằng phương pháp
tìm kiếm khối tương đồng 35
3.1.5 ảnh dự đoán trước 37
3.1.6 ảnh dự đoán hai chiều .39
3.1.7 Hệ thống DPCM có bù chuyển động 40
3.2 Nén Video công nghệ mã hoá chuyển đổi .42
3.2.1 xử lý dải mã tương hỗ trong công nghệ TC .42
3.2.2 Biến đổi cosin rời rạc (DCT) 43
3.2.3 Lượng tử hoá hệ số DCT 45
3.2.3.1 Đặc tính của mắt người .45
3.2.3.2 lượng tử hoá lấy mẫu từng vùng 45
3.2.3.3 Lượng tử hoá có trọng số 46
3.2.4 Bộ nhớ đệm 46
3.2.5 Quét các hệ số DCT .48
3.2.6 Mã hoá các hệ số DCT .48
3.2.7 sơ đồ hệ thống nén Video công nghệ TC .51
3.2.8 Giải mã DCT 52
3.3 Sự kết hợp giữa các công nghệ nén 53
Chương 4: Một số tiêu chuẩn nén 56
4.1 Khái quát về các tiêu chuẩn nén 56
4.2 Giới thiệu một số tiêu chuẩn nén .57
4.2.1 Chuẩn MPEG .57
4.2.1.1 Các cấu trúc ảnh .58
4.2.1.2 Nhóm ảnh .58
4.2.1.3 Cấu trúc dòng bít video MPEG .61
4.2.2 sự phân loại ảnh MPEG .64
4.3 Nén video theo tiêu chuẩn MPEG 1 65
4.3.1 Tiêu chuẩn MPEG-1 .65
4.3.2 Hệ thống nén MPEG-1 .69
4.4 Nén video theo tiêu chuẩn MPEG 2 71
4.4.1 Tiêu chuẩn MPEG 2 .71
4.4.2 Khả năng co giãn của MPEG 2 .74
4.4.3 MPEG-2 Profile và level 75
4.5 Nén video theo tiêu chuẩn JPEG .77
4.5.1 Giới thiệu .77
4.5.2 Sơ đồ khối mã hoá và giải mã JPEG 78
Kết luận 80
Tài liệu tham khảo 81