Loading presentation...

Present Remotely

Send the link below via email or IM

Copy

Present to your audience

Start remote presentation

  • Invited audience members will follow you as you navigate and present
  • People invited to a presentation do not need a Prezi account
  • This link expires 10 minutes after you close the presentation
  • A maximum of 30 users can follow your presentation
  • Learn more about this feature in our knowledge base article

Do you really want to delete this prezi?

Neither you, nor the coeditors you shared it with will be able to recover it again.

DeleteCancel

Make your likes visible on Facebook?

Connect your Facebook account to Prezi and let your likes appear on your timeline.
You can change this under Settings & Account at any time.

No, thanks

Đồ án tốt nghiệp

Ariesman
by

Man Aries

on 4 January 2013

Comments (0)

Please log in to add your comment.

Report abuse

Transcript of Đồ án tốt nghiệp

Tập Đoàn Bưu Chính Viễn Thông Việt Nam
Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài : " Ứng dụng kỹ thuật mã hóa dự đoán trong truyền hình " Giảng viên hướng dẫn : ThS. Nguyễn Quốc Dinh
Sinh viên thực hiện : Đặng Quang Tùng
Lớp : D08XLTH1 Chương I : Tổng quan về truyền hình Truyền hình tương tự Truyền hình đen trắng Truyền hình màu Truyền hình đen trắng là bước mở đầu cho việc truyền hình ảnh đi xa. Nó được nghiên cứu và chế tạo vào những năm 60 với những ống thu hình Vidicon
Truyền hình đen trắng có độ ổn định cao, chất lượng hoàn hảo.
Nhược điểm là không có khả năng truyền đi các hình ảnh có màu sắc trong thực tế. Hệ thống truyền hình ra đời dựa trên cơ sở có sẵn của truyền hình đen trắng và phát triển hoàn chỉnh. Do vậy hệ truyền hình màu phải đảm bảo tính kết hợp với truyền hình đen trắng Truyền hình màu trước hết phải làm lại tất cả công việc của truyền hình đen trắng, chỉ khác ở chỗ thay vì chỉ quan tâm tới cường độ sáng của từng điểm ảnh trên cảnh thì truyền hình màu phải quan tâm tới tính chất màu sắc của từng điểm trên một cảnh Truyền hình số Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mới mà tất cả các thiết bị kỹ thuật từ Studio cho đến máy thu đều làm việc theo nguyên lý kỹ thuật số.
Định nghĩa : Đặc điểm : Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số : - Ít bị tác động của nhiễu so với truyền hình tương tự
- Có khả năng nén lớn hơn với các tín hiệu truyền âm thanh và hình ảnh
- Có khả năng áp dụng kỹ thuật sửa lỗi
- Có thể khóa mã dễ dàng
- Đòi hỏi công suất truyền dẫn thấp hơn
- Các kênh có thể định vị tương đối dễ dàng
- Các hệ thống điều chế được phát triển sao cho có khả năng chống được hiện tượng bóng hình và sai pha
- Chất lượng dịch vụ giảm nhanh khi máy thu không nằm trong vùng phục vụ
- Đòi hỏi tần số mới cho việc phát thanh, truyền hình quảng bá ..... Số hóa tín hiệu truyền hình Số hóa tín hiệu Video Lấy mẫu

Công đoạn đầu tiên của quá trình biến đổi tương tự sang số là lấy mẫu (rời rạc tín hiệu tương tự theo thời gian)
Tần số lấy mẫu cần được xác định sao cho hình ảnh nhận được có chất lượng cao nhất, tín hiệu truyền đi với tốc độ bit nhỏ nhất, độ rộng băng tần nhỏ nhất và mạch đơn giản. Lượng tử hóa Đây là quá trình biến đổi tín hiệu sau lấy mẫu thành các khoảng rời rạc (gọi là khoảng lượng tử)
Quá trình lượng tử là làm tròn các đỉnh xung vuông (biên độ tín hiệu đã lấy mẫu) với mức lượng tử gần nhất Mã hóa Mã hóa tín hiệu Video là biến đổi tín hiệu đã lượng tử hóa thành tín hiệu số bằng cách sắp xếp số nhị phân cho các mức lượng tử hóa và ánh xạ của các mức này thành tín hiệu có 2 mức logic "0" và "1". Số hóa tín hiệu Audio Lấy mẫu Quá trình lấy mẫu thực hiện việc nhân tín hiệu audio tương tự với chuỗi xung có thời gian lặp lại với tần số lấy mẫu. Đó là quá trình điều biên xung trong miền thời gian và trong miền tần số. Lượng tử hóa Sau quá trình lấy mẫu là quá trình lượng tử hóa. Các mức biên độ được rời rạc từng mức biên độ với giá trị nhị phân tương ứng. Mã hóa Mỗi giá trị lượng tử hóa nhị phân cần phải được mã hóa để phù hợp với loại tín hiệu lấy mẫu, truyền dẫn và ghi âm. Hệ thống thường dùng là PCM, PWM, ADM, DPCM
Loại PCM được dùng nhiều vì đơn giản, tuy nhiên ít hiệu quả. Đặc điểm của nó là thực hiện tuyến tính cho tất cả các khoảng lượng tử hóa Các
hệ
thống
truyền
hình
số Truyền hình cáp Truyền hình số mặt đất Truyền hình vệ tinh Chương II : Nén tín hiệu truyền hình Mục đích của nén Nén là quá trình làm giảm tốc độ bit của các dòng dữ liệu tốc độ cao mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh hoặc âm thanh cần truyền tải. - Để giảm dung lượng phải truyền dẫn.
- Giảm băng thông truyền dẫn.
- Làm giảm tốc độ bit của các dòng dữ liệu tốc độ cao mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh, âm thanh cần truyền tải. Bản chất của nén Nén ảnh thực chất là quá trình sử dụng các phép biến đổi để loại bỏ đi các sự dư thừa và loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn dữ liệu mới có lượng thông tin nhỏ hơn. Đồng thời sử dụng các dạng mã hoá có khả năng tận dụng xác suất xuất hiện của các mẫu sao cho số lượng bit sử dụng để mã hoá một lượng thông tin nhất định là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng theo yêu cầu. Phân loại các phương pháp nén Nén không tổn hao Nén có tổn hao Nén không tổn hao là một quá trình mã hóa có tính thuận nghịch. Lớp nén này cho hệ số nén nhỏ hơn 2:1. Mã hóa Huffman (mã hóa entropy),… thuộc lớp nén này. Quá trình DCT coi như không gây mất thông tin trong các điều kiện thông thường. Nén có tổn hao là một quá trình mã hóa có tính chất gây mất thông tin. Các kỹ thuật nén điển hình thường theo mô hình ba bước: Biến đổi sang miền tần số bằng cách sử dụng các thuật toán chuyển vị như DCT, lượng tử hóa cac hệ số DCT để làm trơn dữ liệu, và nén bằng các mã entropy. Nén tín hiệu Video Cơ sở nén Video Độ dư thừa dữ liệu - Độ dư thừa mã:
•Dư thừa theo thống kê.
•Dư thừa không gian.
•Dư thừa thời gian. - Dư thừa tâm sinh lý
•Đặc trưng của mắt (HVS).
•Đặc trưng hệ thống thính giác người HAS (Human Auditory System).
•Tính tương quan và khả năng dự đoán. Entropy Đây là công cụ để đánh giá lượng thông tin chủ yếu được chứa đựng trong hình ảnh, để từ đó xác định dung lượng tối thiểu cần sử dụng để miêu tả, truyền tải thông tin về hình ảnh. Nén trong ảnh Sơ đồ khối nén trong ảnh DCT DCT là phép biến đổi toán học không tổn hao, có tính thuận nghịch, ứng dụng trong nén không gian, DCT biến đổi dữ liệu dưới dạng biên độ thành dữ liệu dưới dạng tần số. Lượng tử hóa và quét zíc-zắc Lượng tử hoá là quá trình giảm bớt lượng bit cần thiết để biễu diễn các hệ số. Mã hóa VLC, RLC (mã hóa entropy) Đây là công đoạn nén không tổn hao
- Mã theo chiều dài RLC là quá trình trong đó tách các chuỗi giống nhau và biểu diễn như là một tổng
- Mã hoá với độ dài từ mã thay đổi VLC sử dụng ít bit để mã các giá trị thường xảy ra và nhiều bit để mã các giá trị ít xảy ra. Nén liên ảnh Ảnh động là tập hợp các ảnh tĩnh trong miền thời gian.
Khi một chuỗi các ảnh có lượng thông tin ít thay đổi thì bằng việc so sánh các ảnh, tính toán chuyển dịch vị trí nội dung ảnh thay đổi để loại bỏ những thông tin dư thừa trong miền thời gian áp dụng kỹ thuật xấp xỉ và bù chuyển động gọi là nén liên ảnh.
Trong đó :
- Việc xác định thông tin về phần ảnh chuyển động là “xấp xỉ chuyển động”.
- Việc khôi phục một ảnh bằng cách dùng phần ảnh từ ảnh trước cùng với thông tin về chuyển động là “bù chuyển động”. Nén tín hiệu Audio Cơ sở nén Audio Hệ thống thính giác người HAS (Human Auditory System) giống bộ phân tích phổ âm thanh, có thể chia thành các băng con. Độ nhạy HAS giảm ở tần thấp và tần cao, tạo nên độ dư thừa trong cảm nhận âm thanh.
Để loại bỏ dư thừa của tín hiệu audio, có 2 kỹ thuật chủ yếu: dự đoán trong miền thời gian và biến đổi trong miền tần số. Mô hình nén Audio Cấu trúc cơ sở của bộ mã hóa MPEG tín hiệu Audio Cấu trúc đơn giản của bộ giải mã MPEG Audio Chương III : Ứng dụng mã hóa dự đoán trong MPEG-2 Kỹ thuật mã hóa dự đoán Khái niệm Phân loại Phương pháp mã dự đoán hay điều xung mã vi sai (DPCM) (Diferential pulse code modulatinon ) là quá trình chuyển đổi 1 tín hiệu tương tự sang tín hiệu số bằng cách lấy mẫu tín hiệu tương tự và sau đó lượng tử vi phân giữa giá trị tín hiệu thực và giá trị dự đoán ( dự đoán giá trị trên cơ sở mẫu trước đó hay các mẫu ) và mã hóa thành trị số. Sơ đồ khối bộ mã hóa DPCM Sơ đồ khối bộ giải mã DPCM DPCM trong mành DPCM giữa các mành Tín hiệu dự báo được tạo từ các mẫu nằm trong cùng một mành, các mẫu được biến đổi nằm trên cùng một dòng quét (mã giữa các pixel) và cùng với các dòng quét lân cận (mã giữa các dòng). Tín hiệu dự báo được tạo ra trên cơ sở các mẫu nằm ở các mành kề nhau trước đó. Cơ sở của phương pháp DPCM giữa các mành: Là sự khác nhau giữa các ảnh liền kề nhau là không lớn. Tiêu chuẩn MPEG-2 Các loại ảnh trong MPEG-2 • Ảnh I (Intra Pictures): được mã hóa mà không có sự so sánh tham khảo các ảnh khác, dùng trong nén trong ảnh. Chúng chứa tất cả các thông tin cần thiết để tái tạo lại ảnh sau giải mã, nên tỷ lệ nén các ảnh I tương đối thấp. • Ảnh P (Predicted Pictures): được mã hoá từ ảnh I, ảnh P trước đó, nhờ sử dụng các thuật toán dự đoán bù chuyển động. Tỷ lệ nén của các ảnh P tương đối lớn so với tỷ lệ nén các ảnh I. • Ảnh B (Bidirectionally Predicted Pictures): được mã hoá bới phép nội suy giữa các ảnh I và P ở trước và sau đó. Các ảnh B cho tỷ lệ nén cao nhất. Cấu trúc dòng bit MPEG-2 Cấu trúc số liệu video MPEG-2 bao gồm 6 lớp :
a. Khối
b.Tổ hợp khối ( macroblock )
c. Mảng ( Slice )
d. Ảnh
e. Nhóm ảnh (GOP )
f. Đoạn video Profiles và Levels Nén MPEG - 2 có chuỗi các mức (Level) và đặc tính (Profile) được dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Có 5 định nghĩa về profile.
- Simple profile (profile đơn giản)
- Main profile (profile chính)
- SNR profile scalable (profile phân cấp theo SNR)
- Spatially Scalable profile (Phân cấp theo không gian)
- High profile (profile cao) Vấn đề hạn chế các mức có liên quan đến độ phân giải cực đại của ảnh. Có 4 mức hạn chế sau:
- Low level (Mức thấp)
- Main level (Mức chính)
- High-1440 level (Mức cao 1440)
- High level (Mức cao) Ứng dụng kỹ thuật mã hóa bù chuyển động trong MPEG-2 Ảnh dự đoán P, ảnh dự đoán B Sơ đồ khối mã hóa và giải mã MPEG-2 Đánh giá chuyển động Dự đoán bù chuyển động Sơ đồ khối hệ thống nén MPEG-2 Giải mã MPEG-2 Giải mã phân cấp theo SNR Giải mã phân cấp theo không gian Đánh giá chuyển động của 1 điểm ảnh là tìm ra vectơ dịch chuyển của điểm ảnh đó. Mở rộng ra, đánh giá chuyển động của một đối tượng là ước lượng chuyển động của tất cả các điểm ảnh thuộc đối tượng đó. Mô hình nén ảnh Tín hiệu video có chứa các thông tin dư thừa trong miền thời gian. Với một chuỗi ảnh liên tiếp, lượng thông tin chứa đựng trong mỗi ảnh thay đổi rất ít từ ảnh này sang ảnh khác. Vì vậy, nếu các ảnh liên tiếp mà giống nhau thì chỉ cần lấy thông tin của một ảnh và lưu nó lại Kỹ thuật dự đoán bù chuyển động VD1: Xét ảnh là một tam giác xuất hiện lần lượt theo thời gian VD2: Xét ảnh là hình chữ nhật xuất hiện ở hai thời điểm VD3: Xét ảnh ở thời điểm khác nhau (t1, t2, t3) Ảnh dự đoán trước (ảnh P) Ảnh dự đoán hai chiều (ảnh B) Phương pháp mã hoá ảnh dự đoán trước sử dụng xác suất các ảnh liên tục trong chuỗi truyền hình. Ảnh dự đoán trước là các khung dự báo theo hướng thuận. Sử dụng với chuỗi ảnh tĩnh hoàn toàn. Nén liên ảnh (ảnh dự đoán trước) Nhận xét:
-Dữ liệu truyền đi gồm 2 thành phần ảnh khác biệt và véctơ chuyển động.
-Trong trường hợp véctơ chuyển động xác định đúng thì ảnh khác biệt sẽ chứa rất ít thông tin và hiệu quả nén đạt cao nhất. Dự đoán hai chiều theo thời gian hay còn gọi là nội suy bù chuyển động. Sử dụng thông tin trong khung hình trước và một khung hình tham chiếu xuất hiện sau khung hình hiện tại để dự đoán khung hình hiện tại - gọi là khung hình B. Nén liên ảnh (Ảnh dự đoán hai chiều) Đặc điểm:
+ Khả năng nén số liệu cao hơn so với dự đoán một chiều.
+ Hiệu ứng nhiễu trong khung hình hiện tại giảm bằng mức nhiễu trung bình của khung hình trước và sau nó.
+ Có khả năng dự đoán ngoài phạm vi tìm kiếm (nhờ các khung hình tiếp theo). Kết luận và đánh giá - Giới thiệu tổng quan về truyền hình, đặc điểm của truyền hình tương tự cũng như truyền hình số, số hóa tín hiệu truyền hình và các hệ thống truyền hình số phổ biến hiện nay.
- Tìm hiểu về nén tín hiệu truyền hình, tổng quan nén tín hiệu truyền hình (mục đích, bản chất của nén …), nén video và audio số.
- Tìm hiểu được nguyên tắc chung trong việc nén tín hiệu video của nhóm MPEG là nén trong ảnh và nén liên ảnh kết hợp với dự đoán bù chuyển động.
- Chuẩn MPEG là một chuẩn thông dụng. Đã được sử dụng rộng rãi trong hơn một thập kỉ qua. Tuy nhiên, kích thước file lớn so với những chuẩn mới xuất hiện gần đây, và có thể gây khó khăn cho việc truyền dữ liệu.
- Cụ thể trong MPEG-2, nơi mà nội dung được tạo ra từ nhiều nguồn như video ảnh động, đồ họa, văn bản… và được tổ hợp thành chuỗi các khung hình phẳng, mỗi khung hình (bao gồm các đối tượng như người, đồ vật, âm thanh, nền khung hình…) được chia thành các phần tử ảnh pixels và xử lý đồng thời, giống như cảm nhận của con người thông qua các giác quan trong thực tế. Tại phía thu của người sử dụng, quá trình giải mã diễn ra ngược với quá trình mã hoá không khó khăn. Vì vậy có thể coi MPEG-2 là một công cụ hiển thị tĩnh, và nếu một nhà truyền thông truyền phát lại chương trình của một nhà truyền thông khác về một sự kiện, thì logo của nhà sản xuất chương trình này không thể loại bỏ được. Với MPEG-2, ta có thể bổ sung thêm các phần tử đồ hoạ và văn bản vào chương trình hiển thị cuối cùng (theo phương thức chồng lớp), nhưng không thể xoá bớt các đồ họa và văn bản có trong chương trình gốc.
- Qua đó đánh giá được tầm quan trọng của kỹ thuật mã hóa dự đoán bù chuyển động trong MPEG-2 cũng như trong truyền hình.
Full transcript