Đồ án Thiết kế và tính toán - Một kênh truyền hình số qua vệ tinh

p bieán ñoåi toaùn hoïc khoâng toån hao, coù tính thuaän nghòch, söû duïng trong coâng vieäc neùn khoâng gian Pheùp bieán ñoåi cosin rôøi raïc DCT ñöôïc bieåu thò baèng coâng thöùc : Pheùp bieán ñoåi nghòch DCT-1 ñöôïc bieåu thò baèng : Bieân ñoä Bieân ñoä Heä soá theo chieàu doïc Heä soá theo chieàu doïc Heä soá theo chieàu ngang Heä soá theo chieàu ngang DCT Hình 5-21 : Bieán Ñoåi DCT DCT bieán ñoåi döõ lieäu döôùi daïng bieân ñoä thaønh döõ lieäu döôùi daïng taàn soá. Caùc pheùp tính ñöôïc thöïc hieän trong phaïm vi caùc khoái 88 maãu tín hieäu choùi Y vaø caùc khoái töông öùng cuûa tín hieäu maøu CB vaø CR. Löôïng Töû Hoaù Löôïng töû hoaù laø quaù trình giaûm bôùt löôïng bit caàn thieát ñeå bieãu dieãn caùc heä soá. Trong quaù trình löôïng töû hoaù, ta coù theå duøng 11 bit cho heä soá moät chieàu (DC) vaø raát ít bit cho caùc heä soá coù thöù töï cao hôn. Möùc löôïng töû ñöôïc xaùc ñònh cho töøng Macroblock (1616 pixels) hoaëc moät nhoùm lôùn caùc Macroblock. Heä soá moät chieàu (DC coefficient) trong DCT ñoøi hoûi ñoä chính xaùc cao nhaát bôûi leû noù bieåu thò giaù trò ñoä choùi trung bình cuûa töøng khoái phaàn töû aûnh (pixel block). Heä soá moät chieàu caàn ñöôïc maõ hoaù khaùc so vôùi caùc heä soá khaùc (heä soá xoay chieàu coefficient). 16 16 16 16 16 16 16 16 16 11 10 16 24 40 51 61 16 16 16 16 16 16 16 16 12 12 14 19 26 58 60 50 16 16 16 16 16 16 16 16 14 13 16 24 40 57 69 56 16 16 16 16 16 16 16 16 14 17 22 29 51 87 80 62 16 16 16 16 16 16 16 16 18 22 37 56 68 109 103 77 16 16 16 16 16 16 16 16 24 35 55 64 81 104 113 92 16 16 16 16 16 16 16 16 49 64 78 87 103 121 120 101 16 16 16 16 16 16 16 16 72 92 95 98 112 100 103 99 16 16 16 16 16 16 16 16 C00 C01 C02 C03 . . . 16 16 16 16 16 16 16 16 C10 C11 C12 . . . 16 16 16 16 16 16 16 16 C20 . . . 16 16 16 16 16 16 16 16 C30 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 C70 . . . C77 16 16 16 16 16 16 . . . 16 16 16 16 16 16 16 16 . . . 16 16 16 16 16 16 16 16 . . . 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 . . . C00 16 C01 11 C02 10 C03 16 C10 12 C11 12 C12 14 C20 14 C30 14 C70 72 C77 99 Löôïng töû hoaù coù troïng soá Heä soá DCT Heä soá DCT ñaõ löôïng töû hoaù Ma traän troïng soá Hình 5-22 : Löôïng Töû Hoaù Coù Troïng Soá Söû Duïng Trong Kyõ Thuaät Neùn Löôïng töû hoaù coøn ñöôïc thöïc hieän baèng caùch chia caùc heä soá C(u,v) cho caùc heä soá ôû vò trí töông öùng trong baûng löôïng töû, hình 5-22, heä soá öùng vôùi taàn soá thaáp ñöôïc chia cho caùc giaù trò nhoû (10, 11, 12,). Heä soá öùng vôùi taàn soá cao ñöôïc chia cho caùc giaù trò lôùn (100, 120, 121,) vaø boû ñi phaàn töû thaäp phaân. Keát quaû ta coù moät taäp hôïp caùc heä soá cosin C’(u,v) seõ ñöôïc soá hoaù vaø maõ hoaù trong coâng ñoaïn tieáp theo. Ví duï veà DCT coding vaø löôïng töû hoaù, hình 5-23. 16 16 16 16 16 16 16 16 12 17 16 8 3 11 10 10 16 16 16 16 16 16 16 16 16 6 12 11 6 4 10 1 16 16 16 16 16 16 16 16 6 4 10 5 8 12 4 8 16 16 16 16 16 16 16 16 11 12 15 5 4 10 6 7 16 16 16 16 16 16 16 16 11 14 11 2 8 9 3 6 16 16 16 16 16 16 16 16 14 17 11 13 2 6 9 6 16 16 16 16 16 16 16 16 13 18 15 11 6 1 6 6 16 16 16 16 16 16 16 16 11 6 8 10 4 10 5 9 16 16 16 16 16 16 16 16 10 12 8 1 1 0.3 0.2 0.1 16 16 16 16 16 16 16 16 12 4.5 1.1 1.4 0.2 0.2 0.3 0.4 16 16 16 16 16 16 16 16 4 1.2 1.1 0.5 0.1 0.4 0.1 0.2 16 16 16 16 16 16 16 16 1 0.3 0.4 1.1 0.4 0.2 0.4 01 16 16 16 16 16 16 16 16 0.1 0.1 1 0.3 0.2 0.4 0.2 0.2 16 16 16 16 16 16 16 16 0.2 0.1 0.2 0.3 0.2 0.3 0.1 0.1 16 16 16 16 16 16 16 16 0.4 0.1 0.5 0.4 0.3 0.3 0.2 0.1 16 16 16 16 16 16 16 16 0.2 0.3 0.1 0.3 0.2 0.4 0.2 0.2 16 16 16 16 16 16 16 16 11 12 8 1 1 0 0 0 16 16 16 16 16 16 16 16 12 4 1 1 0 0 0 0 16 16 16 16 16 16 16 16 4 1 1 0 0 0 0 0 16 16 16 16 16 16 16 16 1 0 0 1 0 0 0 0 16 16 16 16 16 16 16 16 0 0 1 0 0 0 0 0 16 16 16 16 16 16 16 16 0 0 0 0 0 0 0 0 16 16 16 16 16 16 16 16 0 0 0 0 0 0 0 0 16 16 16 16 16 16 16 16 0 0 0 0 0 0 0 0 11, 12, 12, 4, 4, 8, 1, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0 11, 212, 24, 8, 41, 20, 31, , 80, 21, 390 DCT Quantization Hình 5-23 : DCT Coding Vaø Löôïng Töû Hoaù Ví duï naøy chæ thò yeâu caàu maõ DCT vaø löôïng töû hoaù nhö theá naøo ñeå giaûm toác ñoä döõ lieäu moät caùch ñaùng keå ñeå truyeàn sub-block cuûa thoâng tin video. DCT nhaän ma traän 8 8 dieãn taû trong mieàm khoâng gian vaø chuyeån thaønh ma traän töông ñöông 8 8 trong mieàn taàn soá. Chuù yù raèng nhöõng thaønh phaàn taàn soá thaáp ñöôïc nhoùm ôû goùc beân traùi phía treân, chöùa haàu heát nhöõng heä soá cao. Taïi ñieåm naøy chuyeån ñoåi DCT ngöôïc seõ löu tröõ ma traän trong mieàn khoâng gian nguyeân thuyû. Quaù trình löôïng töû hoaù seõ thay theá nhöõng giaù trò nhoû coù heä soá taàn soá cao nhaát baèng soá “0” vaø thay theá nhöõng soá coù giaù trò gioáng nhau (similar) baèng soá “1” chung. Sau ñoù ma traän ñöôïc ñoïc ra theo caùch hình chöõ chi (zig-zag) ñöôïc chæ ra treân hình 52-19. Vì theá nhöõng heä soá taàn soá cao nhaát laø “0” ñöôïc nhoùm laïi vôùi nhau.sau ñoù, haøng döõ lieäu daøi naøy ñöôïc thay theá baèng moät haøng ngaén hôn. Hình 5-24 : Sô Ñoà Moät Ñöôøng Queùt Zigzag Cuûa Nhöõng Heä Soá DCT Ñaõ Löôïng Töû Hoùa Neùn Khoâng Toån Hao Tieáp theo löôïng töû hoaù, neùn khoâng toån hao coù thöïc hieän bôûi phöông phaùp maõ hoaù vôùi ñoä daøi töø maõ thay ñoåi VLC (Variable Length Coding) vaø maõ theo chieàu daøi RLC (Run Length Coding). Thöù töï truyeàn caùc heä soá cuõng laøm toái öu hieäu quaû cuûa quaù trình maõ hoaù. Xöû lyù 64 heä soá cuûa khoái 88 phaàn töû aûnh baèng caùch queùt zig-zag laøm taêng toái ña chuoãi giaù trò “0” vaø do vaäy laøm taêng hieäu quaû cuûa neùn. Maõ hoaù vôùi ñoä daøi töø maõ thay ñoåi – VLC söû duïng it bit ñeå maõ caùc giaù trò thöôøng xaûy ra vaø nhieàu bit ñeå maõ caùc giaù trò ít xaûy ra. Ví duï : Maõ hoaù vôùi ñoä daøi coá ñònh : Phaàn töû Xaùc xuaát Töø maõ Chieàu daøi töø maõ A B C D 0.75 0.125 0.0625 0.0625 00 01 10 11 2 2 2 2 bit Phaàn töû Soá bit trung bình Phaàn töû = 0.752 + 0.1252 + 0.06252 + 0.06252 = 2 Maõ hoaù vôùi ñoä daøi töø maõ thay ñoåi. Phaàn töû Xaùc xuaát Töø maõ Chieàu daøi töø maõ A B C D 0.75 0.125 0.0625 0.0625 00 01 10 11 1 2 3 3 bit Phaàn töû Soá bit trung bình Phaàn töû = 0.751 + 0.1252 + 0.06253 + 0.06253 = 1.375 Nhö vaäy, trong ví duï ñôn giaûn treân, maõ hoaù vôùi ñoä daøi töø maõ thay ñoåi (VLC) tieát kieäm ñöôïc : . Maõ theo chieàu daøi RLC laø quaù trình trong ñoù chæ söû duïng moät töø maõ duy nhaát ñeå mieâu taû moät chuoãi caùc giaù trò gioáng nhau (ví duï nhö “0”). Neáu ta coù chuoãi 25 töø maõ vôùi giaù trò “0”, ta coù theå bieåu thò baêng caùc kí töï ESC, tieáp theo ñoù laø giaù trò 25 vaø giaù trò “0”. Nhö vaäy 25 byte ñöôïc neùn xuoáng coøn 3 byte. Neùn Lieân Aûnh (Inter-Frame Compression) Aûnh ñoäng laø taäp hôïp caùc aûnh tónh trong mieàn thôøi gian, khi moät chuoãi caùc aûnh coù löôïng thoâng tin ít thay ñoåi thì baèng vieäc tính toaùn chuyeån dòch vò trí noäi dung aûnh thay ñoåi ñeå loaïi boû nhöõng thoâng tin dö thöøa trong mieàn thôøi gian goïi laø kyõ thuaät neùn lieân aûnh. Hình 5-25 laø moät ví duï minh hoaï söû duïng vectô chuyeån ñoäng trong neùn lieân aûnh. Ngöôøi ta chia caùc hình aûnh thaønh caùc Macro-Block = 1616 pixels = 4 block = 4(88) pixels. Khi caùc vuøng aûnh chuyeån ñoäng, ngöôøi ta tìm kieám caùc vò trí thay ñoåi trong caùc block cuûa aûnh keá tieáp, keát quaû seõ cho moät vectô chuyeån ñoäng cuûa Macroblock. MPEG MPEG MPEG Vectô di chuyeån cho nhoùm pixels di chuyeån Vectô di chuyeån = 0 cho nhoùm pixels khoâng di chuyeån Frame # N Frame # N + 1 Time Do vaäy, vieäc nhôù aûnh tónh, aûnh tröôùc aûnh sau cuûa aûnh ñang xeùt ñeå keát hôp thoâng tin vectô chuyeån ñoäng cuûa Macroblock seõ cho keát quaû aûnh khaùc bieät, neáu 2 aûnh gioáng nhau thoâng tin cho ra baèng khoâng, thoâng thöôøng caùc thay ñoåi naøy raát ít neân hieäu quaû neùn naøy raát cao. Hình 5-25 : Hình Minh Hoaï Neùn Lieân Aûnh Sô Ñoà Khoái Nhö Hình 5-26 Hieäu giöõa hai aûnh hieän taïi vaø aûnh döï ñoaùn seõ cho aûnh khaùc bieät ñaïu ra. Neáu khoâng coù chuyeån ñoäng, vaø khoâng coù söï khaùc bieät 2 aûnh (aûnh tónh), aûnh hieän taïi seõ ñöôïc döï ñoaùn moät caùch chính xaùc vaø tín hieäu töông öùng vôùi aûnh khaùc bieät ôû ñaàu ra seõ = 0. Khi hai aûnh khoâng gioáng nhau, aûnh khaùc bieät (hieäu giöõa hai aûnh) cuõng seõ chæ coøn raát ít thoâng tin vaø vì vaäy coâng ngheä “neùn” seõ ñaït ñöôïc hieäu quaû mong muoán. Löu tröõ aûnh döï ñoaùn Löu tröõ aûnh döï ñoaùn Xaùc ñònh vectô chuyeån ñoäng Löu tröõ aûnh moác + Vectô chuyeån ñoäng gheùp vôùi doøng döõ lieäu ñieàu khieån toác ñoä tröôùc ñoù Hôi ít thoâng tin neáu döï ñoaùn toát hoaëc thôøi gian dö thöøa cao AÛnh khaùc bieät AÛnh hieän taïi + Vectô chuyeån ñoäng vaø ñieàu khieån So saùnh aûnh tröôùc ñoù vaø aûnh hieän taïi ñeå taïo ra vectô chuyeån ñoäng Hình 5-26 : Sô Ñoà Khoái Neùn Lieân Aûnh Neùn Lieân Aûnh Neùn trong aûnh laø loaïi neùn nhaèm giaûm bôùt thoâng tin dö thöøa trong mieàn thôøi gian. Neùn trong aûnh söû duïng hai quaù trình coù toån hao vaø khoâng toån hao ñeå giaûm bôùt döõ lieäu trong moät aûnh. Quaù trình naøy khoâng söû duïng thoâng tin cuûa aûnh tröôùc vaø aûnh sau ñang xeùt. DCT Löôïng töû hoaù Maõ hoaù Entropy (VLC, RLC) Maïch troän Khueách ñaïi ñeäm Hình 5-  Hình 5-27 : Sô Ñoà Khoái Neùn Trong Aûnh Caáu Truùc Doøng Bit MPEG-2 Video Doøng bit MPEG video coù daïng nhö hình veõ : Seg Seg . . . . . Seg Seg SC Video Params Bitstream Params QTS Misc Gop . . . Gop GopSC Time code Gop Params Pict . . . Pict PSC Type Buffer Params Encode Params Slice . . . Slice SSC Vert Pos Qscale MB . . . MB Addr Iner Type Motion vector Qscale CBP . . . b5 b0 Hình 5-28 : Caáu Truùc Doøng Bit MPEG Video Seg : Thoâng ton veà chuoãi bit (Sequency). Video Params : Chieàu cao, roäng, tæ leä khuoân hình caùc phaàn töû aûnh. Bitstream Params : toác ñoä bit vaø caùc thoâng tin khaùc. Qts : Coù hai loaïi : Neùn trong aûnh (aûnh I – I frame). Neùn lieân aûnh (aûnh P – P frame). GOP : Thoâng tin veà nhoùm aûnh (Group of picture). Time code : SMPTE : Giôø, phuùt, giaây, aûnh. GOP params : Mieâu taû caáu truùc GOP. PICT : Thoâng tin veà aûnh (Picture Information ). Type : Aûnh loaïi I, P hay B. Buffer params : Thoâng tin veà buffer. Encode params : Thoâng tin veà vectô chuyeån ñoäng. Slice : Thoâng tin veà slice aûnh . Vert Pos : Slice baét ñaàu töø doøng naøo. Q Scale : Thoâng tin veà löôïng töû. MB : Thoâng tin veà Macroblock. Addriner : Soá löôïng Macroblock ñöôïc boû qua. Type : loaïi vectô chuyeån ñoäng duøng cho Macroblock. Code Block Pattern (CBP) : Chæ roõ block naøo ñöôïc maõ hoaù. Caáu Truùc I, P Vaø B Frame Hình 5-29 : Caáu Truùc Doøng I, P Vaø B Frame Bôûi vì möùc ñoä cao cuûa löôïng dö thöøa giöõa nhöõng frame trong nhoùm aûnh (group of picture) neân chæ thoâng tin aûnh thay ñoåi töø frame naøy ñeán frame keá tieáp, môùi caàn thieát ñöôïc truyeàn. I-frame (Intra-frame) chæ söû duïng neùn trong aûnh P-frame (Predictive frame) ñöôïc döï ñoaùn tröôùc treân cô sôû I-frame hoaëc P-frame. B-frame (Bidirectional) ñöôïc döï ñoaùn töø hai höôùng töø I-frame vaø hoaëc P-frame. Nhoùm Aûnh GOP. Quaù trình neùn chæ ra moãi nhoùn aûnh, caáu taïo thaønh nhöõng ñoaïn nhoû. Sau ñoù, nhöõng ñoaïn naøy laø nhöõng ñoái töôïng cho vieäc maõ. Ñaàu tieân nhoùm aûnh ñöôïc chia thaønh nhöõng video frame. Söï löïa choïn frame khaùc nhau laø coù theå lieân quan ñeán ngöôøi laäp trình. Ñoä phaân giaûi video heä PAL bao goàm moät maûng 720 pixels 576 doøng tích cöïc. Ñoä phaân giaûi thaáp hôn thì 720 pixels 288 doøng tích cöïc hoaëc 360 pixels 288 doøng tích cöïc, cuõng coù theå ñöôïc söû duïng ñeå taïo soá löôïng bit ñöôïc yeâu caàu ñeå truyeàn tín hieäu video. Nhoùm aûnh laø chuoãi video bao goàm moät chuoãi noái tieáp khung lieân keát (Interelated frame). Nhoùm aûnh luoân baét ñaàu töø moät aûnh I vaø keát thuùc ôû moät aûnh tröôùc aûnh I tieáp theo. GOP caáu truùc môû, aûnh cuoái cuûa GOP duøng laøm aûnh ñaàu tieân cuûa aûnh tieáp theo laøm aûnh chuaån. Caáu truùc GOP kheùp kín (Close GOP), vieäc döï ñoaùn aûnh khoâng söû duïng thoâng tin cuûa GOP khaùc, trong tröôøng hôïp naøy theo quy ñònh, aûnh cuoái cuøng cuûa moät GOP laø moät aûnh P. Picture Group Picture Group Picture Group Picture Group Group header I P B B P B B 32-BIT STAR CODE WORD SEQUENCE HEADER Provides info on horizontal& vertical resolution, pixel aspect ratio; quantizer matrix, I =Intra Frame P = Predicted Frame B = Bi-Directional Frame CONTINUOUS SCENE comprised of Picture Group (up to 10 seconds) SEQ END CODE MPEG-2 VIDEO STRUCTURE – SEQUENCE LEVEL Random Access Unit : Context : Hình 5-30 : Caáu Truùc Nhoùm Aûnh Slices. Moãi frame video cuõng ñöôïc chia thaønh nhöõng ñoaïn goïi laø Slice hình 5-31. Vôùi tín hieäu video heä PAL, 576 doøng tích cöïc ñöôïc chia cho 16 ñeå taïo 36 slice. Slice #1 Slice #2 Slice #3 . . . . Group header I P B B P B B I =Intra Frame P = Predicted Frame B = Bi-Directional Frame PICTURE STRUCTURE Comprised of Picture Slices (576 Line/16 = 36 Slice MPEG-2 VIDEO STRUCTURE – GROUP LEVEL Random Access Unit Video Coding : Slice #36 PICTURE HEADER Provides 32-bit Picture Start Code; Frame Type; IPB frame display order; Hình 5-31 : Caáu Truùc Slice Nhöõng slices laàn löôït ñöôïc chia thaønh nhöõng ñoaïn phaàn töû nhoû goïi laø Macroblock. Noù laø ñoái töôïng cho quaù trình toå hôïp toaùn hoïc (thöôøng söû duïng DCT). Macroblock. MPEG-2 VIDEO STRUCTURE – SLICE LEVEL Resynchronization Unit PICTURE STRUCTURE Comprised of Picture Slices (576 Line/16 = 36 Slice PICTURE HEADER Provides 32-bit Picture Start Code; Frame Type; IPB frame display order; Slice #1 Slice #2 Slice #3 . . . . Slice #36 SLICE HEADER Start Code Location Code SLICE STRUCTURE Comprised of Macroblock 720 Pixels/16 = 45 Macroblock Macro Block 1 Macro Block 2 Macro Block 3 Macro Block 4 . . . . Macro Block 45 Hình 5-32 : Caáu Truùc Macroblock MPEG-2 bao goàm 4 khoái (block) cuûa thoâng tin brighness hoaëc laø luminance (Y) ñöôïc keát hôïp thaønh maûng 1616 pixel vaø hai khoái 88 pixel hoaëc nhieàu khoái hôn cho thoâng tin hieäu soá maøu CB, CR. Blocks Block thöôøng ñöôïc söû duïng cho heä soá DCT, khi DCT chuyeån thoâng tin aûnh cuûa tín hieäu choùi (Y) vaø caùc tín hieäu soá maøu töø mieàn khoâng gian thaønh mieàn taàn soá. Thoâng thöôøng block coù 88 = 64 heä soá DCT. Hình 5-33 : Caáu Truùc Block COEF 1 . . . . COEF 2 COEF 3 COEF 4 COEF 64 BLOCK START Block 1 Y Block 2 Y Block 3 Y Block 4 Y Block 5 U Block 6 V MPEG-2 VIDEO DATA STRUCTURE BLOCK LEVEL DCT Coefficients END OF BLOCK BLOCK STRUCTURE Comprised of 64 DCT coefficient MACRO BLOCK HEADER MACROBLOCK STRUCTURE Comprised of blocks (Typically YYYYUV) MPEG-2 VIDEO DATA STRUCTURE MACROBLOCK LEVEL Motion Compensation Unit Macro Block 1 Macro Block 2 Macro Block 3 Macro Block 4 . . . . Macro Block 45 SLICE STRUCTURE Comprised of Macroblock 720 Pixels/16 = 45 Macroblock SLICE HEADER Start Code Location Code Block 1 Y Block 2 Y Block 3 Y Block 4 Y Block 5 U Block 6 V MACRO BLOCK HEADER MACROBLOCK STRUCTURE Comprised of blocks (Typically YYYYUV) Sô Ñoà Khoái Neùn MPEG-2 ADC Pre-processing + DCT Löôïng töû hoaù Maõ hoaù Entropy VLC + Khueách ñaïi ñeäm Rate control Giaûi löôïng töû hoaù DCT-1 + Löu tröõ aûnh so saùnh Aûnh döï ñoaùn Xaùc ñònh vectô chuyeån ñoäng Ñieàu khieån nhoùm aûnh Baûng löôïng töû hoaù Analog video input Aûnh khaùc Hình 5-34 : Sô Ñoà Khoái Neùn MPEG-2 Video Tín hieäu video töông töï ñaàu tieân ñöôïc laáy maãu (theo caùc chuaån) ñeå chuyeån thaønh doønh bit soá. Tieáp theo laø tieàn xöû lyù, tín hieäu hình aûnh video ñöôïc phaân thaønh nhöõng block vaø sub-block. Löôïng dö thöøa ôû mieàn thôøi gian ñöôïc loaïi boû baèng caùch thay theá löôïng thoâng tin dö cao chaún haïn nhö xung ñoàng boäbaèng nhöõng töø maõ vaø taïo aûnh I, P vaø B. Chuyeån ñoåi cosin rôøi raïc (DCT) ñöôïc duøng ñeå chuyeån ñoåi tín hieäu trôû thaønh daïng tín hieäu ôû mieàn taàn soá. Hai böôùc keá tieáp, coù theå ñöôïc öùng duïng cho nhöõng thang ñoä bieán ñoåi vaø do ñoù coù theå ñieàu khieån soá löôïng neùn hieän taïi. Boä ñeäm coù nhieäm vuï ñeå löu tröõ doøng bit vì khoái ñieàu khieån toác ñoä (rate control) coù theå ñöôïc söû duïng ñeå aán ñònh (fixed) toác ñoä döõ lieäu. Quaù Trình Giaûi Neùn MPEG-2 Quaù trình giaûi maõ, theo lyù thuyeát laø ngöôïc laïi vôùi quaù trình maõ hoaù vaø ñöôïc minh hoaï ôû hình sau : Nhôù ñeäm Giaûi maõ Entropy Q-1 DCT-1 Nhôù aûnh Döï baùo aûnh Soá lieäu ñieàu khieån Video Hình 5-35 : Quaù Trình Giaûi Maõ MPEG-2 Giai ñoaïn moät laø taùch maõ hoaù Entropy ra. Sau ñoù taùch soá lieäu aûnh (heä soá bieán ñoái DCT) ra khoûi caùc vectô chuyeån ñoäng. Soá lieäu seõ ñöôïc giaûi löôïng töû hoaù vaø bieán ñoåi DCT ngöôïc . Trong tröôøng hôïp aûnh loaïi I baét ñaàu ôû moãi nhoùm aûnh trong chuoãi, seõ nhaän ñöôïc aûnh ñaàu ra hoaøn chænh baèng caùch treân. Noù ñöôïc löu trong boä nhôù aûnh vaø ñöôïc söû duïng ñeå giaûi maõ caùc aûnh tieáp theo. Tring tröôøng hôïp aûnh loaïi P seõ thöïc hieän giaûi löôïng töû hoaù vaø bieán ñoåi DCT ngöôïc vôùi vieäc söû duïng caùc vectô chuyeån ñoäng vaø löu vaøo boä nhôù aûnh sôùm hôn. Treân cô sôû ñoù, xaùc ñònh ñöôïc döï baùo aûnh ñang xeùt. Ta nhaän ñöôïc aûnh ra sau khi coäng döï baùo aûnh vaø keát quaû bieán ñoåi DCT ngöôïc. Aûnh naøy cuõng ñöôïc löu vaøo boä nhôù nhö laø aûnh chuaån khi giaûi maõ caùc aûnh tieáp theo. Chuaån Neùn MPEG-2 Cho Video Soá. Chuaån neùn MPEG-2 ñöôïc thieát keá ch toác ñoä bit lôùn hôn 4Mb/s. Tín hieäu video vaø audio ñöôïc neùn vaø taïo thaønh caùc doøng döõ lieäu cô sôû (Elementary Stream – ES). Doøng ES ñöôïc söû duïng taïo neân doøng döõ lieäu cô sôû ñöôïc ñoùng goùi (Packetized Elementary Stream – PES). Doøng PES laïi ñöôïc tieáp tuïc ñoùng goùi taïo thaønh doøng truyeàn taûi (Transport stream – TS). Maõ hoaù video Maõ hoaù audio Döõ lieäu khaùc Giaûi maõ video Giaûi maõ audio Giaûi maõ döõ lieäu Doøng video cô sôû ES Doøng audio cô sôû Doøng döõ lieäu Truyeàn taûi Hình 5-36 : Chuaån Neùn MPEG- 2 Profiles vaø Level Profiles laø boä coâng cuï (Tools) cuûa MPEG-2 ñaõ ñöôïc tieâu chuaån hoaù nhaèm phuïc vuï nhöõng nhu caàu khaùc nhau. Noùi moät caùch khaùc, profiles laø taäp hôïp caùc cuù phaùp (Syntax) cuûa toaøn boä doøng bit HIGH HIGH - 1440 MAIN LOW LEVEL PROFILES 4:2:0 720 ×576 15 Mbps I,P SIMPLE 4:2:0 1920 ×1152 80 Mbps I,P,B 4:2:0 1440 ×1152 60 Mbps I,P,B 4:2:0 720 ×576 15 Mbps I,P,B 4:2:0 352 ×288 4 Mbps I,P,B MAIN 4:2:0 720 ×576 15 Mbps I,P,B 4:2:0 352 ×288 4 Mbps I,P,B SNR 4:2:0 1440 ×1152 60 Mbps I,P,B SPATIAL 4:2:0, 4:2:2 1920 ×1152 100 Mbps I,P,B 4:2:0, 4:2:2 1440 ×1152 80 Mbps I,P,B 4:2:0, 4:2:2 720 ×576 20 Mbps I,P,B HIGH Hình 5-37 : MPEG-2 Profiles Vaø Level Tính phaân caáp (Scalability) Maõ hoaù vaø giaûi maõ MPEG khoâng nhaát thieát phaûi coù cuøng caáp chaát löôïng. Tính phaân caáp cho pheùp caùc boä giaûi maõ MPEG ñôn giaûn, reû tieàn, coù khaû naêng giaûi maõ moät phaàn cuûa toaøn boä doøng bit vaø nhö vaäy coù khaû naêng taïo ñöôïc hình aûnh tuy chaát löôïng coù thaáp hôn caùc boä giaûi maõ toaøn boä doøng bit. Tieâu chuaån MPEG-2 cho pheùp 2 loaïi phaân caáp. Phaân caáp treân tyû soá tín hieäu treân taïp aâm (signal to noise rate – SNR) coù nghóa laø chaát löôïng hình aûnh vaø tyû soá tín hieäu treân taïp aâm coù tính thoaû hieäp. Moät boä giaûi maõ coù toác ñoä bit thaáp, coù theå coù ñaày ñuû ñoä phaân giaûi nhöng tæ soá tín hieäu treân taïp aâm (S/N) thaáp hôn so vôùi boä giaûi maõ coù toác ñoä bit cao. Phaân caáp theo khoâng gian (Spatial Scalability) coù nghóa laø coù söï thoaû hieäp ñoái vôùi ñoä phaân giaûi. Chaúng haïn, moät maùy thu coù toác ñoä bit thaáp cho moät hình aûnh coù ñoä phaân giaûi thaáp hôn so vôùi maùy thu coù khaû naêng giaûi maõ toaøn boä doøng bit. MPEG-2 4:2:2 Profiles, Main Level. MPEG-2 ban ñaàu thieát keá cho heä gia ñình coù chaát löôïng chaáp nhaän ñöôïc ôû möùc laáy maãu 4:2:0 vaø toác ñoä bit thaáp coù 15Mbps. Vôùi toác ñoä bit laø 15Mbps duøng GOP nhoû seõ cho chaát löôïng hình keùm, neáu GOP lôùn, seõ gaây khoù khaên cho caùc thieát bò chuyeån ñoåi tín hieäu trong thôøi gian xoaù maønh vaø toaû ra thích hôïp cho saûn xuaát haäu kyø. Töø naêm 1994 caùc nhaø saûn xuaát öùng duïng MPEG 4:2:2 profiles vôùi toác ñoä ñaït 50 Mbps coù theå ñaùp öùng vôùi heä laáy maãu cho hai loaïi 525 doøng vaø 625 doøng. Thaùng 1-1996, MPEG 4:2:2 profile @ Main level ñaõ trôû thaønh tieâu chuaån quoác teá vaø ñaùp öùng hai chuaån 4:2:0 vaø 4:2:2. MPEG 4:2:2 @ ML coù khaû naêng giaûi maõ doøng bit vaø baát kyø loaïi phoái hôïp naøo giöõa caùc I, P, B. HIGH HIGH - 1440 MAIN LOW LEVEL PROFILES 4:2:0 720 ×576 15 Mbps I,P SIMPLE 4:2:0 1920 ×1152 80 Mbps I,P,B 4:2:0 1440 ×1152 60 Mbps I,P,B 4:2:0 720 ×576 15 Mbps I,P,B 4:2:0 352 ×288 4 Mbps I,P,B MAIN 4:2:0 720 ×576 15 Mbps I,P,B 4:2:0 352 ×288 4 Mbps I,P,B SNR 4:2:0 1440 ×1152 60 Mbps I,P,B SPATIAL 4:2:0, 4:2:2 1920 ×1152 100 Mbps I,P,B 4:2:0, 4:2:2 1440 ×1152 80 Mbps I,P,B 4:2:0, 4:2:2 720 ×576 20 Mbps I,P,B HIGH 4:2:2 PROFILE 4:2:0 720 × 608 50 Mbps I,P,B Hình 5-38 : MPEG 4:2:2 Profiles @ Main Level Öu ñieåm cuûa MPEG 4:2:2 @ ML : Tieän lôïi, meàm deûo trong khai thaùc hoãn hôïp. Chaát löôïng cao hôn MP @ ML. Ñoä phaân giaûi maøu toát hôn MPEG-2 @ ML. Xöû lyù haäu kyø sau khi neùn vaø giaûi neùn. Neùn vaø giaûi neùn nhieàu laàn. Nhoùm aûnh nhoû thuaän tieän cho döïng hình Coù khaû naêng bieåu thò taác caû caùc doøng tích cöïc cuûa tín hieäu video. Coù khaû naêng bieåu thò thoâng tin trong khoaûng thôøi gian xoaù maønh (vertical blanking interbval). III. SÖÛA LOÃI TIEÁN (FEC) Giôùi Thieäu Vôùi kyõ thuaät FEC (Forward Error Correction), chæ coù beân thu xaùc ñònh vò trí loãi cuûa döõ lieäu nhaän ñöôïc vaø söûa noù (ñieän thoaïi vaø TV söû duïng FEC vì chuùng ñoøi hoûi truyeàn daãn theo thôøi gian thöïc – real-time transmission). Coù caùc loaïi maõ duøng trong FEC laø : Maõ khoái (block code), maõ xoaén (convolutional code) vaø maõ chaäp (concatenated code). Maõ Khoái. Hình 5-39 moâ taû maõ khoái, luoàng bit ngoõ vaøo ñöôïc ñöa ñeán khoái maõ FEC coù k bit coäng vôùi r bit kieåm tra, vì vaäy coù n bit maõ ñöôïc truyeàn (n = k + r). Maõ khoái bieán ñoåi k töôïng tröng nhò phaân ñaàu vaøo thaønh n töôïng tröng ñaàu ra. Thoâng töôøng caùc boä maõ khoái laø duïng cuï khoâng nhôù. Vì n > k, maõ coù theå ñöôïc choïn ñeå taïo ra ñoä dö nhö caùc bit chaün, chuùng ñöôïc duøng bôûi boä giaûi maõñeå phaùt hieän vaø söûa loãi. Maõ ñöôïc xaùc ñònh bôûi (n,k), ôû ñaây toác ñoä maõ R ñöôïc xaùc ñònh R = k/n, caùc giaù trò thöïc teá cuûa R naèm trong phaïm vi töø 1/4 ñeán 7/8 vaø k töø 3 ñeán vaøi traêm. k k r n = k + r (n,k) FEC ENCODER Hình 5-39 : Moâ Taû Maõ Khoái Moät daïng quan troïng cuûa maõ khoái laø maõ Reed-Solomon (R-S). Loaïi naøy maõ duøng ñeå söûa caùc loãi xaûy ra ñoäc laäp. Khaû naêng söûa loãi toång quaùt cuûa maõ khoái nhö sau : Neáu coù (r= n – k) kyù hieäu dö thöøa, t laø kyù hieäu loãi coù theå ñöôïc söûa trong töø maõ cho ñeán khi t chöa vöôït quaù r/2. Maõ R-S cho pheùp söûa coù hieäu quaû caû loãi ngaãu nhieân (Random Error) vaø chuøm loãi (Burst Error) vì chuùng hoaït ñoäng treân caùc kyù hieäu (Symbol)nhieàu bit thay vì caùc bit ñôn. Ví duï trong truyeàn daãn veä tinh vaø caùp, maõ R-S (204, 188) coù theå söûa ít nhaát laø 8 byte loãi. Khaû naêng söûa loãi cuûa maõ khoái ñoái vôùi loãi ngaãu nhieân phuï thuoäc vaøo soá vò trí nhoû nhaát khaùc nhau cuûa caëp khoái ñöôïc maõ hoaù. Soá naøy ñöôïc goïi laø khoaûng caùch Hamming. Ví duï, caùc töø maõ 110101 vaø 111001 coù khoaûng caùch Hamming laø 2. Maõ Xoaén Maõ xoaén laø moät loaïi maõ ñaàu tieân ñöôïc chaáp nhaän roäng raõi vaø noù ñöôïc söû du