Chương 6: DVD Player (Digital Video Disc Player)

Chia sẻ: Nguyen Thi Ngoc Hoa | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

0
136
lượt xem
70
download

Chương 6: DVD Player (Digital Video Disc Player)

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'chương 6: dvd player (digital video disc player)', kỹ thuật - công nghệ, kĩ thuật viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Chương 6: DVD Player (Digital Video Disc Player)

  1. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 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: Pixel 1 2 3 n Lấy mẫu Y Dòng 1 Lấy mẫu U (PAL) Dòng 2 Lấy mẫu V (PAL) Dòng M • Tiêu chuẩn 4:2:0 Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  2. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 92 Pixel 1 2 3 n Dòng 1 Dòng 2 Dòng 3 Dòng M 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: F (U , V ) = 2 N −1 N −1 C ( u ) .C ( v ) .∑∑ f ( x, y ) cos ( 2 x + 1) u.π .cos ( 2 y + 1) v.π N x =0 y =0 2N 2N  1  u, v = 0 C (u ) , C (v ) =  2 1 u, v ≠ 0  Phép DCT ngược hay còn gọi là IDCT : 2 N −1 N −1 ( 2 x + 1) uπ .cos ( 2 y + 1) vπ f ( x, y ) = N ∑∑ C ( u ).C ( v ) .F ( u, v ) cos u =0 v =0 2N 2N Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  3. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 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 8bit 11bit Ngang DCT IDCT Dọc 8x8 mẫu ảnh gốc • 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 Start 12 6 3 6 4 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: Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  4. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 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: V1 , V2 , V3 , V4 , V5 , EOB 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 Hệ số DCT & Từ mã VLC Số bit (length of num of zero) zero 0 12 0000 0000 1101 00 0 6 0010 0001 0 1 4 0000 0011 000 0 3 0010 10 EOB - 10 Suy ra được chuỗi bit truyền. Length of Value of non-zero Variable-length run of zeros coefficient 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 Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  5. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 95 Video In DCT Q VLC Bit stream (quantization) IQ IDCT MCP Bit stream VLC IQ IDCT Video Out IQ Hình 6.1 Mã hóa & giải mã MPEG2 tín hiệu video • Cấu trúc bit stream MPEG 2 Video Quantized DCT 1 block 8x8 (DCT VLC) Macro block mode Q valve Motion Coded block Y block C block ADD vection pattern Start Slide Q valve Macro block 1 Macro code ADD Þ block n-1 Start Picture Slide Þ Slide 1 Slise m-1 code flags Start Sequence Q weight Profile & Picture Þ Picture 1 Slise m-1 code parameters matrix level Chỉ ra phân lọai của MPEG2 để khi giải nén sẽ thực hiện đúng với lọai khi mã hóa Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  6. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 96 2. Mã hóa Dolby AC-3 Mã hóa đường bao phổ tần audio Audio PCM IN BPF & phân tích Chỉ định bit Audio lấy mẫu - 48 KHz Lượng tử hóa Định dạng Bit stream - Q = 16 bit khung AC-3 II. DVD 1994 1995 1996 1997 1998 1999 SD DVD MMCD DVD Video block DVD –R book (3,95GB) DVD-RAM book (2,6GB) SGH blue DVD-Audio book Digital LD DVD-R (4,7G) DVD-RAM (4,7G) DVD RW (4,7GB 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. Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  7. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 97 Tháng 8/ 1996 tiêu chuẩn đĩa DVD đầu tiên ra đời, trong đó nhấn mạnh cho việc sử dụng phương pháp biến độ 8 tới 16 modulation trong việc ghi thông tin số lên đĩa và cùng thời gian này đĩa DVD chính thức được phát hành. 1. Đĩa DVD – R và DVD – RW Thông số kỹ thuật đĩa: Thông số DVD DVD – Rom DVD – R DVD – RW 1 lớp Độ dài sóng tia laser 635 / 650 Nm /CD: 780nm Độ tương phản 45 → 85% 18 → 30% Hình dạng track data Hình xoắn ốc Khoảng cách giữa các track 0,74 µ m // 1,6 µ m Biến điệu data 8 to 16 modulation Phương pháp dò lỗi Dùng mã Reed – solomon Tốc độ bit / kênh 26,16 Mbp/s Tốc độ quét 3,49 m /s Dung lượng 4,7 Gbyte Cấu trúc của đĩa DVD –R và DVD – RW hoàn toàn giống nhau, tuy nhiên vật liệu chế tạo mặt đĩa khác nhau cho nên với DVD- R chỉ cho phép ghi một lần còn với DVD – RW cho phép ghi / xóa khoảng 1000 lần. Vùng kẹp đĩa Vùng thông tin đĩa Vùng lead in Vùng data Vùng Lead - Out Hình 6.2 cấu tạo đĩa DVD&DVD rewrite Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  8. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 98 Land Track ghi Việc truy xuất thông tin trên đĩa DVD là tuần tự không truy xuất ngẫu nhiên. groover 2. DVD –RAM: Định dạng track ghi: Việc ghi thông tin trong DVD – RAM Land được tiến hành trên cả các land và các groove Track Vật liệu chế tạo đĩa này có khả năng ghi nhạy cảm với nhiệt độ. Khi dùng tia laser với cường độ chiếu lên các track ghi sẽ làm vật liệu này nóng chảy và sau đó đông đặc lại nhanh chóng và tạo thành các lớp vật liệu rãnh không kết tinh ở dạng tinh thể. Khi ở trạng thái này thì DVD – RAM được xem như xóa trắng, lúc cần ghi data sử dụng tia laser có cường độ trung bình chiếu lên các vị trí của track làm các điểm này kết tinh lại ⇒ độ phản chiếu tia sáng laser ở những đọan kết tinh và không kết tinh là khác nhau ⇒ có thể lưu thông tin. Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  9. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 99 a. Thông số kỹ thuật DVD – RAM Version 1.0 Thông số kỹ thuật DVD –RAM Bước sóng ghi 650nm Phương pháp biến điệu 8 to 16 modulation Kích thước 1 sector 2kb Kích thước 1 block 32kb Số vùng dữ liệu 24 35 Độ dài bit 0,41 µ m / bit 0,28 µ m / bit Khoảng cách giữa các track ghi 0,74 µ m 0,615 µ m Tốc độ dữ liệu 11,08 Mbit / s 22,16 Mbps Dung lượng đĩa 2,6 Gbytes 4,7 Gb b. Thông số kỹ thuật DVD – RAM Version 1.0 Thông số kỹ thuật DVD – RAM Số vùng dữ liệu 35 Độ dài bit ghi 0, 28µ m / bit Khoảng cách giữa các track 0, 615µ m Tốc độ dữ liệu 22,16Mbps Dung lượng đĩa 4,7 Gbytes Các thông số khác Giống version 1.0 Trong DVD – RAM dữ liệu được truy xuất ngẫu nhiên sector 2K6 Zone n-1 N=24/35 Zone 2 Zone 1 Lead in Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  10. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 100 IiI. MÃ HÓA DỮ LIỆU TRƯỚC KHI GHI Data 2048 byte 1 sector Header 4 byte 2 byte 6 byte ID Header 2048 byte EDC ID error Copy 2064 byte detection protection EDC Erro detection Code, 4 byte 172 byte Hàng 1 1 sector 12 hàng 172 byte Hàng 2 172 byte Hàng 12 172 byte 192 16 sector hàng 172 byte 172 byte 208 192 16 sector hàng hàng 172 byte 172 byte Parity cho sector 1 16 hàng Parity 172 byte Parity cho sector 16 182 byte 172 byte 182 byte 12 hàng 208 172 byte 182 byte hàng 182 byte Parity 172 byte 3 byte 3 byte 10 byte syns syns kiểm tra 91 byte 91 byte parity 3 byte 3 byte 13 syns syns hàng 91 byte 91 byte 8 to 16 modulation Hình 6.3 sơ đồ mã hóa dữ liệu trước khi ghi DVD Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng DVD
  11. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 101 IV. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT DVD Dram 1M SPM PUH RF Data Amp processor Tray motor Sled motor PUH Driver & Motor driver DAC Audio Out 8M EEROM SD MPEG2 Video Main CPU RAM AC-3 driver Vidoe Out 1M Decoder EEROM (24C04) SW Power Dram Display & supply 1M keyboard Hình 6.4 Sơ đồ khối tổng quát DVD PUH : Pick up Head SPM : Spindle Motor: động cơ quay đĩa Sled motor : động cơ di chuyển đầu đọc Tray motor : động cơ điều khiển khay đĩa PUH driver & Motor driver : điều khiển các cuộn focus và tracking; điều khiển tốc độ quay của động cơ spindle và di chuyển đầu đọc đến track mong muốn. RF Amp: phân tích các tín hiệu RF, TE ( tracking error ) và FE ( focus error ), pull –in Data processor : giải biến điệu 8 to 16 modulation để tạo lại khung tín hiệu gốc audio và video. Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  12. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 102 a. Khối PUH: gồm 1 diode laser, hệ thống thấu kính, cuộn focus, cuộn tracking và hệ thống diode cảm quang ( sensor ) Focus Tracking A B Vật E F kính C D Bộ cảm quang gồm 6 diode cảm quang Mặt đĩa Vật kính Thấu kính trực chuẩn Gương rẻ hướng chùm tia phản xạ Bộ cảm quang Kính nhiễu xạ Laser diode Hình 6.5 Khối PUH b. Khối PUH Driver và Motor Driver ( servo control ) Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  13. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 103 LPF RF Xử lý RF Amp processor data Digital servo Focus coil Servo DSP PULL in Cảm Tracking error quang Skew error Focus coil Tracking coil Driver spindle Slled motor Skew compensated Hình 5.6 Khối PUH driver & motor driver PULL – in DVD 1 layer / 2 layer Tracking error : Đúng tracking CD/DVD • Điều khiển focus: DVD player nhận biết tình trạng focus thông biên biên độ của tín hiệu RF. Khi mất hội tụ ⇒ biên độ tín hiệu RF nhỏ ⇒ xuất tín hiệu điều khiển cuộn focus. • Điều khiển tracking: dựa trên thông tin nhận được từ E và F: E – F = 0 ⇒ đang đọc đúng track, E – F ≠ 0: sai track ⇒ điều khiển cuộn tracking. • Phân biệt dĩa DVD và CD : Dựa trên điện áp sai lệch TE = E – F ( Tracking error ) để ⇒ lọai đĩa. Nếu điện áp TE thấp ( ≈ 0.4 V ) ⇒ đĩa là DVD, đối với đĩa CD thì điện áp TE khoảng 2V • Pull in: là tín hiệu tạo ra tử bộ cảm quang ABCD. Nếu đọc đĩa DVD 1 lớn ⇒ cường độ tia phản xạ mạnh ⇒ Pull in ∼ 1V, ngược lại với đĩa DVD 2 lớp ⇒ cường độ phản xạ yếu ⇒ VPull in ∼ 0,5V. • Điều khiển Skew : độ nghiêng mặt đĩa. Một số DVD player dùng thêm 2 bộ cản quang G và H để đo mặt nghiêng của đĩa. Nếu đĩa bị cong vật lý ⇒ chùm tia tới mặt đĩa sẽ cho cường độ tia phản xạ bị sai số ⇒ bù góc nghiêng. Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  14. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 104 Ngoài ra khối Servo còn có nhiệm vụ điều khiển tốc độ động cơ quay đĩa spindle motor để đảm bảo sao cho tốc độ đọc đĩa ổn định từ trong ra ngoài. Khối này cũng điều khiển đầu đọc từ trong ra ngoài thông qua động cơ trượt sled motor. c. Khối AV decoder SDRAM 16M DVD stream Demultiplexer Memmory MPEG CD stream interface audio Audio Audio AC-3 decoder channel 27MHz Clock CPU PCM control interface Video Video Mixer channel decoder On screen Hình 6.7 Khối AV decoder display d.Đường đi của dòng bit trong DVD Dòng bit trong DVD gồm 5 thành phần cơ bản • PES audio ( packetized elementary stream ) • PES Video • PES Subpicture: dòng ảnh phụ • PCI : Presentation Control Information • DSI : Data Search Information Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
  15. Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 105 DSI DSI buffer decoder PCI PCI buffer decoder Video Video buffer decoder buffer Demulti Error plexer EFD+ correction Audio Audio ~10,08M buffer decoder ~13,08M ~12,08M bps bps bps Bit stream Sub- Sub- 26.16 picture picture Mbits buffer decoder Hình 6.8 Đường đi của dòng bit trong DVD Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
Đồng bộ tài khoản