Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio-Video

Chia sẻ: Pham Van Duong | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:157

Thêm vào BST

Báo xấu

618
lượt xem 181
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Từ cuối thế kỷ 19, âm thanh điện tử đã được phát triển dưới dạng hệ thống máy điện thoại. Sang đầu thế kỷ 20, các máy quay đĩa và máy phát thanh đã mở ra những ứng dụng mới cho âm thanh điện tử, đến mức gần như các gia đình trong thế giới văn minh ngày nay đều sở hữu một vài thiết bị phục vụ đời sống tinh thần này.Âm thanh là những biến đổi áp suất nhanh xảy ra trong không khí do nhiều quá trình tự nhiên gây nên. Tiếng gió thổi trên cành cây, tiếng sóng biển vỗ bờ,...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio-Video

Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ AUDIO- VIDEO SỐ 1.1. TỔNG QUAN VỀ AUDIO SỐ: 1. 1 . 1 Tín hiệu AUDIO: Từ cuối thế kỷ 19, âm thanh điện tử đã được phát triển dưới dạng hệ thống máy điện thoại. Sang đầu thế kỷ 20, các máy quay đĩa và máy phát thanh đã mở ra những ứng dụng mới cho âm thanh điện tử, đến mức gần như các gia đình trong thế giới văn minh ngày nay đều sở hữu một vài thiết bị phục vụ đời sống tinh thần này. 1. Âm thanh tự nhiên: Âm thanh là những biến đổi áp suất nhanh xảy ra trong không khí do nhi ều quá trình tự nhiên gây nên. Tiếng gió thổi trên cành cây, tiếng sóng bi ển v ỗ bờ, tiếng chim hót… tất cả đều là âm thanh tự nhiên. Nhi ều h ệ th ống do con người chế tạo cũng tạo ra những biến đổi áp suất tương tự, đôi khi là có ch ủ định song đôi khi là khách quan. Tai con người phản ứng lại với những biến đổi áp suất không khí ở ph ạm vi tần số trong khoảng từ 30 Hz đến 15.000 Hz sau đó đ ưa đ ến não và đó chính là âm thanh. Độ lớn hay biên độ dao động của những biến đổi áp suất này tạo nên cảm giác về tiếng ồn. 2. Tái tạo âm thanh tự nhiên: Âm thanh điện tử được gọi chung là Audio. Âm được thu từ nguồn nh ờ một hoặc nhiều micro và những tín hiệu audio thu được truy ền qua h ệ th ống cho đến khi tới loa phát. Nguồn âm Thu audio Lưu trữ Máy thu hoặc truyền dẫn Loa Hình 1.1: Hệ thống tái tạo âm thanh điện tử Mục đích tái tạo âm thanh điện tử là để tải các sóng âm thanh đến những khoảng cách xa cả về không gian và thời gian, để người nghe có th ể ti ếp nhận như thể họ đang nghe âm trực tiếp từ nguồn. Một mục đích khác n ữa là để chau chuốt âm thanh tự nhiên, làm cho âm thanh điện tử hay hơn âm gốc, hoặc tạo ra những âm thanh mới không có trong tự nhiên. 1. 1 . 2 . Tín hiệu AUDIO s ố: Vaãn theo truyeàn thoáng, caùc Audio ñöôïc soá hoaù theo 3 coâng ñoaïn sau: 1. Laá y ma ã u : Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 1 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số Quaù trình laáy maãu thöïc hieän vieäc nhaân tín hieäu audio töông töï vôùi chuoãi xung coù thôøi gian laëp laïi vôùi taàn soá laáy maãu. Ñoù laø quaù trình ñieàu bieân xung (PAM) trong mieàn thôøi gian hình 1.2 vaø trong mieàn taàn soá hình 1.3. Bieân ñoä T/h Audio Thôøi Tín hieãu laáy maãu gian PAM Ñieàu Xung laáy bieân maãu Thôøi gian Hình 1. 2: Qua ù trìn h ñie à u bi e â n tr o n g mi e à n th ô ø i gia n Khi taàn soá laáy maãu f s ≥ 2fmax thì khoâng coù söï xuyeân nhieãu giöõa hai phoå, chæ caàn moät loïc (LPF) laø taùch ñöôïc tín hieäu goác. - Khi fs < fmax tín hieäu qua LPF bò xuyeân nhieãu goïi laø Aliasing noise khoâng chaáp nhaän ñöôïc. F max laø taàn soá cao nhaát cuûa tín hieäu nguyeân thuûy, ôû Audio f max = 20 KHz ⇒ choïn fs = 44.1 KHz, fs laø taàn soá laáy maãu. - Tröôùc khi thöïc hieän ADC, phaûi giôùi haïn baêng taàn audio ñeán ½ fs, neáu khoâng coù theå gaây ra hieän töôïng choàng phoå vaø meùo tín hieäu khoâi phuïc. - Xung laáy maãu phaûi coù thôøi gian heïp, baèng moät chu 1 kyø laáy maãu . fs Bieân ñoä Bieân Taàn ñoä soá Phoå taàn soá Ñieàu laáy maãu bieân fs 2fs Taàn Taàn soá fs-fmax fs+fma soá x Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 2 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số Hình 1. 3: Qua ù trìn h ñie à u bi e â n tr o n g mi e à n ta à n so á Trong thöïc teá boä ADC, giaù trò bieân ñoä xung cuûa moãi maãu ñöôïc giöõ ñeán khi naøo ñaït maãu tieáp theo, hình 7.4, 7.5. Bieân ñoä T/h Audio Thôøi gian Tín hieäu ñaõ laáy maãu Ñieàu Taûi bieân Thôøi Thôøi gian gian Hình 1.4 : Quaù trình laáy maãu vaø giöõ trong mieàn Bieân thôøi gian ñoä Tín hieäu audio Bieân Taàn ñoä soá Ñieàu bieân fS 2fS Taàn soá fS 2fS 3fS Taàn soá Hình 1.5 : Quaù trình laáy maãu vaø giöõ trong mieàn taàn soá Hieän nay thöôøng duøng 4 chuaån taàn soá laáy maãu cho tín hieäu Audio: - 32 KHz (tieâu chuaån chuyeân duïng) duøng trong truyeàn daãn vaø phaùt thanh FM stereo. - 44.1 KHz (tieâu chuaån daân duïng ) : Duøng trong VCR, CD, R_DAT player. - 48 KHz (tieâu chuaån phaùt thanh) : Tieâu chuaån phaùt thanh baêng taàn roäng vaø truyeàn hình chaát löôïng cao. - Laáy maãu taàn soá cao (over sampling) 4f s ñeå giaûm meùo löôïng töû SNR[db] = 6.02n + 1.76 + 10log10d Vôùi d : heä soá laáy maãu taàn soá cao (d = 4) Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 3 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số N : Soá bit / maãu löôïng töû. 2. Löôïn g tö û hoa ù (Qu a n t i z i n g ) : Sau quaù trình laáy maãu laø quaù trình löôïng töû hoaù. Caùc möùc bieân ñoä ñöôïc rôøi raïc töøng möùc bieân ñoä vôùi giaù trò nhò phaân töông öùng. Neáu n bit laáy maãu seõ coù 2 n khoaûng löôïng töû. Bieân Caét ñoä soá 111 1 111 0 110 1 110 0 0 Thôøi 101 Thôøi 1 gian gian 101 0 100 0 011 1 011 0 010 a. 1 Thôøi gian laáy maãu 010 b. giaù trò 0vaø giaù trò löôïng töû 001 hold 1 001 hoaù 0 000 1 000 0 Thôøi gian c. Sai soá löôïng töû Hình 1. 6: Qua ù trìn h hoaù löôïn g tö û ho a ù 4 bit - Khoaûng löôïng töû laø khoâng ñoái xöùng vôùi caùc chuyeån dòch döông vaø aâm cuûa tín hieäu audio goác. - Soá möùc löôïng töû caøng taêng thì méo löôïng töû caøng taêng thì meùo löôïng töû caøng giaûm. Q Q - Goïi Q laø khoaûng löôïng töû hoaù ( + ÷ − ) ta coù tæ soá tín 2 2 hieäu / nhieãu löôïng töû SNR laø : 2 n −1 × Q V 2 SNR = = = 2 n 1,5 N Q 12 Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 4 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số 2 n −1 × Q Vôùi tín hieäu Sine V = [volt rms] 2 Q Nhieãu löôïng töû N = [Vms] 12 ⇒ SNR [db] = 6,02n + 1,76 Vôùi n laø soá bit löôïng töû hoaù (soá bit/maãu löôïng töû hoaù) 3. Maõ ho a ù (co d i n g ) : Moãi giaù trò löôïng töû hoaù nhò phaân caàn phaûi ñöôïc maõ hoaù ñeå phuø hôïp vôùi loaïi tín hieäu laáy maãu, truyeàn daãn vaø ghi aâm. Heä thoáng thöôøng duøng laø PCM (ñieàu bieán maõ xung), PWM (ñieàu cheá ñoä roäng xung), ADM (ñieàu cheá delta thích nghi), DPCM (ñieàu xung maõ vi sai), floating point (ñieåm di ñoäng ). Loaïi PCM ñöôïc duøng nhieàu vì ñôn giaûn, tuy nhieân ít hieäu quaû. Ñaëc ñieåm cuûa noù laø thöïc hieän tuyeán tính cho taác caû caùc khoaûng löôïng töû hoùa. Caùc möùc löôïng töû hoaù ñöôïc gaùn baèng caùc töø maõ theo moät traät töï logic. Hình 1.7 laø sô ñoà khoái laø quaù trình maõ hoaù vaø giaûi maõ PCM. Bandpass Sample PAM Analog to Analog filter and hold digital input converter Transmission medium Digital to PAM Hold Low-pass analog circuit filter Analog converter output Hình 1. 7 : Sô ñoà kh o á i ñôn gia û n ho a ù cuû a he ä th o á n g PCM 1.1.3. Giao diện số AES/EBU: 1. Câú trúc cơ bản của giao thức AES/EBU Tiêu chuẩn tín hiêụ video số AES/EBU là một giao thức cho phép các thiết bị số có thể phát và thu tín hiệu audio số. Khung dữ liệu được tạo bởi hai khung con (khung con A và B). Mỗi mẫu dữ liệu được phối hợp từ một nguồn audio hoặc một kênh, dữ liệu phụ, dữ liệu mở đầu, các thông tin về giá trị (V), thông tin thêm vào để trợ giúp người s ử dụng d ữ liệu (U), thông tin về các tham số hệ thống (C) và bít chẵn lẻ (P) để phát hiện sai số truyền để kiểm tra độ tin cậy của kênh. Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 5 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số Các khung dữ liệu audio được nhóm lại thành các khối (block) gồm 192 khung. Một tín hiệu cờ được gửi đi trong dòng dữ liệu cho phép nhận biết mỗi block. Khoảng thời gian tồn tại một khung audio là 20,83 µs trong hệ thống lấy mẫu 48 KHz. Do đó thời gian tồn tại một khối AES/EBU là: 20,83 µs x 192=4000 µs. Z Channel Y Channel X Channel Y Channel X Channel Y Channel A B A B A B Frame 0 Frame 191 Frame 1 Frame 0 1 Khối Audio Z flag Dữ liệu mở đầu gồm 4 bit, hay còn gọi là từ đồng bộ, được dùng để nhận biết sự bắt đầu của một mẫu mới và của một block mới. Ba từ còn lại được sử dụng trong: - Từ đồng bộ Z: dãy bít này cho biết sự bắt đầu của khung đầu tiên của một khối (block) audio mới. Từ này tạo ra cờ Z. - Từ đồng bộ X: từ này cho biết sự bắt đầu của tất cả các khung con A. - Từ đồng bộ Y: từ này cho biết sự bắt đầu của mọi khung con B. Mỗi khung audio gồm 2 khung con, trong đó mỗi khung gồm 32 bit. Mỗi mẫu tín hiệu audio, theo lý thuyết có thể gồm 16 đến 20 bít hoặc tới 24 bít khi 4 bít phụ được coi như các bít mẫu tín hiệu audio. Bít phụ cho biết tình trạng các dãy bit trong kênh, nó nằm trong byte 2, các bít 0-2. Mỗi khung con có 4 bit phụ: - Bit giá trị (V): bit này cho biết các bit dữ liệu lấy mẫu âm thanh trước đó có đúng hay không. - Bit sử dụng (U): bit này cho biết mọi thông tin thêm vào để trợ giúp người sử dụng dữ liệu. - Bit kênh (C): cũng giống như bit sử dụng, bit kênh có mặt trong các khung phụ, nó được gửi tới các hàng đợi được tạo bởi 28 hàng. Nội dung của hàng đ ợi r ất quan trọng trong việc xác định nội dung của từ dữ liệu audio. - Bit parity (P): bit parity được đặt để chỉ định một parity chẵn. Bit parity cho phép phát hiện số lẻ của lỗi do quá trình truyền dẫn. Một số thiết bị đã bỏ qua những bit này hoặc thi hành không chính xác trong quá trình chỉ định. 2. Các đặc điểm giao diện kênh chuẩn AES/EBU: Đặc điểm của định dạng giao diện sử dụng AES/EBU được chỉ ra trong bảng sau: + Định dạng: truyền dẫn nối tiếp của hai kênh số liệu được lấy mẫu và mã hoá tuyến tính. + Các thông số phát: tín hiệu ra không cân bằng. Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 6 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số Các bộ nối: giắc cắm âm thanh RCA. Biên độ tín hiệu ra: 500mVđỉnh-đỉnh ứng với tải 75Ω (không cân bằng). + Các thông số thu: Tín hiệu vào không cân bằng. Các bộ giắc cắm âm thanh RCA. Trở kháng vào 75Ω. Định dạng kênh người sử dụng này được dùng trong các thiết bị CDs và RDATs với tín hiệu vào ra số. 1.2 Tổng quan về VIDEO sè: 1.2.1. Tín hiệu VIDEO: 1.2.2. Số hóa tín hiệu VIDEO: 1. Laá y ma ã u tín hie ä u Vid e o so á Tín hieäu vaøo fv coù taàn soá fb seõ ñöôïc bieán ñoåi töø hình bao daïng soùng qua caùc xung heïp vôùi chu kyø laáy maãu T S. Taàn soá laáy maãu laø : 1 fS = TS Do phoå cuûa tín hieäu sau laáy maãu coù theå choàng leân nhau taïo thaønh nhieãu aliasing neân taàn soá laáy maãu phaûi thoaû ñònh lyù laáy maãu, töùc laø f s ≥ 2fb. Vôùi taàn soá naøy seõ baûo ñaûm taùi taïo laïi ñöôïc tín hieäu nguyeân thuyû khi thöïc hieän quaù trình bieán ñoåi soá – töông töï. Baêng Bieân Aliasing Bieân taàn cô Bieân thaáp ñoä baûn ñoä Bieân cao fS - fb fb fS fS + fb Taàn fb fS - fb fS fS + fb Taàn soá soá Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 7 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số Hình 7. 8: Pho å cuû a tín hie ä u sa u khi laá y ma ã u a. Taàn soá laáy maã u tín hieäu Video toång hôïp (Com p o sit e Video Signal) Ñoái vôùi tín hieäu video toång hôïp, taàn soá laáy maãu tín hieäu video thoâng thöôøng baèng 2, 3 hoaëc 4 laàn taàn soá soùng mang maøu fsc. Thoâng thöôøng thì ngöôøi ta choïn fs = 3fsc NTSC : fs = 10.7 MHz PAL : fs = 13.3 MHz Theá nhöng ngöôøi ta thöôøng duøng fs = 4fsc NTSC : fs = 14.32 MHz PAL : fs = 17.72 MHz Do tín hieäu video soá mang ñaày ñuû nhöõng khuyeát ñieåm cuûa video töông töï neân ngöôøi ta thöôøng söû duïng phöông phaùp soá hoaù tín hieäu thaønh phaàn. b. Taàn soá laáy maãu tín hieäu Video thaønh phaàn (Component Video Signal) Vôùi tín hieäu video thaønh phaàn, taàn soá laáy maãu thöôøng ñöôïc laáy thoâng qua tæ leä taàn soá giöõa tín hieäu choùi vaø tín hieäu maøu. Thoâng thöôøng coù caùc tæ leä 4:1:1; 4:2:2; 4:4:4…, ta seõ nghieân cöùu kyõ ôû phaàn sau. 2. Löôïn g tö û hoa ù bi e â n ñoä tín hie ä u vid e o (Qu a n t i z i n g ) . Ñaây laø quaù trình bieán ñoåi tín hieäu sau laáy maãu thaønh caùc khoaûng rôøi raïc, goïi laø khoaûng löôïng töû (Q). Q = 2n Vôùi n laø soá bit/maãu. Neáu n = 8, thì seõ coù 28 = 256 khoaûng löôïng töû. Coù hai caùch laáy khoaûn g löôïng töû: - Tuy e á n tính : caùc khoaûng löôïng töû caùch ñeàu nhau khoâng phuï thuoäc tín hieäu analog vaøo. - Kho â n g tu y e á n tín h : Caùc khoaûng löôïng töû thay ñoåi theo bieán ñoåi bieân ñoä cuûa tín hieäu. Caùc vuøng ít bieán ñoåi thì khoaûng caùch löôïng töû thöa, caùc vuøng bieán ñoåi nhieàu thì khoaûng caùch löôïng töû ngaén. Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 8 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số Quaù trình löôïng töû laø laøm troøn caùc ñænh xung vuoâng (bieân ñoä tín hieäu ñaõ laáy maãu so sánh vôùi moät möùc löôïng töû gaàn nhaát). Nhö vaäy seõ coù sai soá trong quaù trình l ượng tử 1 hóa do laøm troøn. Sai soá naøy seõ ≤ ± Q . 2 Khi löôïng töû hoaù tuyeán tính, neáu löôïng töû vôùi soá 1 bit/maãu thaáp seõ xuaát hieän sai soá löôïng töû > Q . Sai soá 2 naøy seõ gaây ra nhieãu laøm meùo tín hieäu vaø taïo thaønh ñöôøng vieàn (contouring effects). Giaù trò trung bình (RMS – Root Mean Square) cuûa moïi sai soá löôïng töû coù giaù trò : Q RMS = 12 Giaù trò cuûa tín hieäu ra (boä DAC) laø: (2n – 1)Q Ngöôøi ta thöôøng duøng tyû soá tín hieäu ñænh treân nhieãu S löôïng töû ñeå laøm chæ tieâu ñaùnh giaù moät thieát bò soá QMRS hoaù. S  2 n Q 12  = 20 log10   = 6.02n + 10.8[ dB ] QRMS Q    Vôùi n = 8 thì : S = 58.96dB QRMS Thöïc teá coù raát nhieàu yeáu toá aûnh höôûng ñeán tyû soá S nhö : QRMS - Vieäc haïn cheá fmax. - Khoaûng löôïng töû hoaù tín hieäu video tích cöïc… S Do ñoù, thöïc teá tyû soá ñöôïc tính nhö sau: QRMS S  f   Vq  = 6.02n + 10.8 + 10 log10  s  − 20 log10   QRMS  2 f max   Vw − Vb  Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 9 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số  f  Trong ñoù : 10 log10  s  laø giaù trò aûnh höôûng cuûa fmax  2 f max   Vq  − 20 log10   laø aûnh höôûng cuûa khoaûng video tích  Vw − Vb  cöïc. N : laø soá bit/maãu Fs :laø taàn soá laáy maãu Fmax : laø taàn soá video cöïc ñaïi (4.2; 5; 5.5; 6 mhz) Vq : laø ñieän aùp tín hieäu toaøn boä khoaûng löôïng töû [V] Vw : laø ñieän aùp möùc traéng [V] Vb : laø ñieän aùp möùc xoaù 0.7V ñoái vôùi heä Vw – Vb 0.714V ñoái vôùi heä = NTSC 3. Maõ ho a ù (Co di n g ) Ñaây laø böôùc saép xeáp caùc giaù trò soá sau khi löôïng töû hoaù theo moät khung thuoäc caáu truùc naøo ñoù. 4. Tieâu chuaån Composite soá a. Tieâu chuaån Digital Composite fs = 4fsc PAL (tieâu chuaån PAL 4fsc) ST Thoâ n g so á Giaù trò cuû a PAL T 62 5 / 5 0 1 Soá maãu/doøng 1135 (tröø doøng 313 vaø 625) 2 Soá maãu/doøng tích 948 cöïc 3 Taàn soá laáymaãu fs Fs = 4fsc = 17.734475 mhz 4 Traïng thaùi pha laáy +450;+1350;+2250;+3150 maãu 5 Maõ hoaù Löôïng töû hoaù ñeàu 6 Ñoä phaân giaûi 8 hoaëc 10 bit/maãu löôïng töû hoaù 7 Toác ñoä döõ lieäu 177.3Mb/s Baûn g 7. 1: Caùc th o â n g so á cuû a ti e â u chu a å n PAL 4f sc - Taûi maøu sc f (Burst) ñöôïc thay ñoåi pha laàn löôït theo hai giaù trò +1350 vaø +225 vaø noù taïo ra xung laáy maãu fs. Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 10 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số - Taûi maøu PAL coù chöùa moät taàn soá Offset laø 25Hz. Nhö vaäy fsc seõ laø: fH f Fsc = ( 2n + 1) + V = 285.75 f H + 25 Hz = 4.43361875MHz , vôùi 4 2 n=567 - Soá chu kyø taûi maøu trong moät aûnh (frame): f SC = 177344.75 chu kyø/frame 25 - Taàn soá laáy maãu fs coù pha laø 00 vaø truïc U Fs = 4fsc = 17.734475 mhz. + Soá maãu trong moät doøng ñöôïc tính giöõa hai xung ñoàng boä keà nhau: f S 17.734475MHz Maãu = = 1135.0064 . fH 15625Hz doøng + Soá maãu toång coäng treân moät aûnh laø : Soámaãu Soádoøng × = 1135.0064 × 625 = 109379maãu. Doøng aûnh Neáu choïn soá maãu/doøng laø 1135 thì soá maãu/aûnh laø 709375, trong ñoù coù 948 maãu/doøng tích cöïc vaø 187 maãu/khoaûng xoaù doøng. Ñænh traéng Burst 4.7 Doøng tích cöïc Möùc ñen soá Möùc ñoàng 0,1 984 khoaûng Xoaù soá boä 947 187 maãu maãu töø 948,949 . Chuaån ……...1134 ñoàng boä 52 12 Bieân ñoä 28.2 ns . 50% Bieân ñoàng boä Thöù töï 955 956 957 958 959 maãu 960 Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 11 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số Hình 7.9: Quan heä soá maãu PAL 4f sc vaø moät doøng tín hieäu Analog Caànchuùyù raèngdoøngthöù 313vaø625naèmtrongkhoaûngxoaùmaønh. Treân hình 7.9 cho thaáy caùc maãuñöôïc tính töø 0 ÷ 1134, trong ñoù ñaàu tieânlaø caùcdoøngtích cöïc chieám948 maãutöø 0÷ 947, keá ñeánlaø möùcñoàng boächieám187maàutöø948 ÷ 1134. Ñieåmchuaånñoàngboänaèmôû giöõamaãu958. 64µs Thôøi gianmoätmaãulaø: = 56.4ns 1134 * Löôïng töû hoùa TT Thoâng soá PAL composite Ñoä phaân giaûi 8 Ñoä phaân giaûi 10 bit bit 1 Caùc möùc baûo veä tín hieäu FF 3FC, 3FD, 4FE, 3FF maøu 2 Möùc löôïng töû hoaù cao FE 3FB nhaát 3 Möùcñænhmau >FE >3FB 4 Möùctraéng D3 34C 5 Möùcxoaù,möùcñen 3C 100 6 Möùcñænhñoàngboämaøu 04 016 7 Möùc löôïng töû hoaù thaáp 01 004 nhaát 8 Caùcmöùcbaûoveäñoàngboä 00 000,001,002,003 Baûng 7.2: Caùc möùc chuû yeáu cuûa composite soïc maøu töông töï 100/0/100/0 vaø caùc giaù trò PAL 4fsc töông öôùng vôùi ñoä phaân giaûi 8 bit vaø 10 bit. Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 12 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số Headroo mV DEC HEX m 933.5 1023 3FF 100% möùc maøu 908.3 1019 3FB Möùc löôïng töû hoaù cao nhaát 700 844 34C Möùc traéng 0 256 100 016 Möùc xoaù = -300 4 004 möùc ñen -301.2 3 003 Möùc ñoàng boä = 2 002 Möùc löôïng töû 1 001 hoaù thaáp nhaát -304.8 0 000 Khoaûng döï phoøng ñoàng boä Hình 7.10: Quan heä giöõa caùc möùc cuûa Analog PAL soïc maøu 100% vaø PAL 4f sc Baûng 7.2 vaø hình 7.10 minh hoaï moät soá thoâng soá cuûa tín hieäu s composite töông töï vaø caùc möùc sc PAL töông 4f öùng trong tröôøng hôïp ñoä phaân giaûi 8 bit vaø 10 bit. * Caùc möùc löôïng töû töông öùng vôùi ñoä phaân giaûi 10 bit goàm coù 2n = 1024 möùc töø 0 ÷ 1023 (heä DEC) vaø töø 000 ÷ 3FF (heä HEX) vôùi caùc chöùc naêng nhö sau : • Töø 000 ÷ 003 laø möùc baûo veä, chöùa thoâng tin döï phoøng ñoàng boä, khoâng chöùa doøng soá. • Töø 004 ÷ 3FB (hay möùc 4 ÷ 1019 DEC)duøng bieåu dieãn tính hieäu video soá. • Möùc 004 ÷ (HEXA) hay möùc 4 (DEC) laø ñænh xung ñoàng boä cuõng laø möùc löôïng töû hoaù thaáp nhaát. • Möùc 100 hay 256 (DEC) laø möùc xoaù cuõng laø möùc ñen, töông öùng 0 mV. • Möùc 34C (HEXA) hay 844 (DEC) laø möùc traéng, töông öùng 700 mV. • Möùc 3FB laø möùc löôïng töû hoaù cao nhaát. Nhö vaäy, coù 1016 möùc soá (004 ÷ 3FB hay töø 4 ÷ 1019 DEC) duøng ñeå bieåu dieãn tín hieäu video toång hôïp. • Caùc möùc töø 3FC ÷ 3FF laø caùc möùc baûo veä. Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 13 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số • Möùc ñænh tín hieäu maøu vaøng (Yellow) vaø xanh caåm thaïch (Cyan) laø 933.5mV, nhöng khi laáy maãu tín hieäu vaøng laø 886mV nhoû hôn möùc löôïng töû cao nhaát töông öùng 908.3mV, neân ôû ñaây toàn taïi moät headroom aâm taïi ñænh tín hieäu soá. Ôû ñaây, vôùi n = 10 bit/maãu, fs = 17.73 MHz, fmax = 5 MHz, Vq S = 1.2131 V, Vw – Vb = 0.7 V, ta coù = 68.711dB . QRMS b. Tieâu Chuaån Digital Composite fs = 4fsc NTSC (tieâu chuaån NTSC 4fsc) STT Thoâng soá Giaù trò NTSC 525/60 1 Soámaãu/doøng 910 2 Soámaãu/doøngtíchcöïc 768 3 Taàn soá laáymaãu s f Fs = 4fsc = 14.32818 MHz 4 Caáu truùc laáy maãu Tröïc giao 5 Traïng thaùi pha laáy +330;+1230;+2130;+3030 maãu 6 Maõ hoaù Löôïng töû hoaù ñeàu 7 Ñoä phaân giaûi löôïng töû 8 hoaëc 10 bit/maãu hoaù 8 Toác ñoä döõ lieäu 143Mb/s Baûng 7.3: Caùc thoâng soá cô baûn cuûa NTSC 4f sc * Taàn soá laáy maãu chuaån s = 14.3118 f MHz ≈ 14.32 MHz, fh = fS 15734.25 Hz, soá maãu/doøng laø : = 910 . fH Coù 525 – 38 = 487 doøng tích cöïc, moät doøng tích cöïc chöùa 768 maãu. * Khoaûng xoaù doøng laø : 910 – 768 = 142 maãu. • Ñieåm chuaån ñoàng boä laø ñieåm giöõa söôøn xung ñoàng boä naèm giöõa maãu thöù 784 vaø 785. • Khoaûng video tích cöïc töø 0 ÷ 767 • Tieáp theo laø khoaûng xoaù töø maãu 768 ÷ 909 (142 maãu). Chuùng ñöôïc minh hoaï treân hình 7.11. Baét ñaàu Keát thuùc video soá video soá tích cöïc tích cöïc Doøng chuaå n 74 85 90 85 74 8 78 4 7 90 9 00 7 2 0 0 Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 78 14 Biên soạn năm 2012 4 78 86 89 5 4 3 Baét ñaàu 78 84 Keát thuùc xoaù 7 9 xoaù
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số Hình 7.11: Khoaûng xoaù doøng soá NTSC 4f sc TT Thoâng soá NTSC composite Ñoä phaân giaûi 8 Ñoä phaân giaûi 10 bit bit 1 Caùc möùc baûo veä tín hieäu FF 3FC, 3FD, 4FE, 3FF maøu 2 Möùc löôïng töû hoaù cao FE 3FB nhaát 3 Möùcñænhmaøu F3 3CC 4 Möùctraéng C8 320 5 Möùcñen 46 11A 6 Möùcxoaù 3C 0F0 7 Möùcñænhñoàngboämaøu 04 016 8 Möùc löôïng töû hoaù thaáp 01 004 nhaát 9 Caùcmöùcbaûoveäñoàngboä 00 000,001,002,003 Baûng 7.4: Caùc möùc chuû yeáu cuûa Composite soïc töông töï 100/7.5/100/7.5 vaø caùc giaù trò NTSC 4fsc töông öùng vôùi ñoä phaân giaûi 8 bit vaø 10 bit * Löôïng töû hoaù. Caùc möùc löôïng töû hoaù theo ñoä phaân giaûi 10 10 = bit1024 goàm 2 möùc töø 0 ÷ 1023 töø döôùi leân coù caùc möùc nhö sau : • Töø 000 ÷ 003 laø khoaûng döï phoøng ñeå cheøn caùc möùc ñoàng boä, khoâng chöùa caùc doøng soá. • Töø 004 ÷ 3FB (hay möùc 1019 DEC) duøng cho tín hieäu soá . Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 15 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số Vq(mV) DEC HEX 998.1 1023 3FF 994.2 1020 3FC Möùc löôïng töû 992.9 1019 3FB hoaù cao nhaát 934.3 972 3CC 100% möùc maøu 714.3 320 Möùc traéng 800 11A 53.57 282 0F0 Möùc ñen 0 240 016 Möùc xoaù -285.7 16 010 -300.7 4 004 Möùc ñoàng boä -302.3 3 003 Headroom Möùc löôïng töû hoaù -306.1 0 000 thaáp nhaát Hình 7. 1 2 : Qua n he ä giö õ a caù c mö ù c cuû a anal o g NTSC va ø Caùc gia ù tr ò ma ã u digi t a l 10 bit caù c soïc ma ø u 10 0 % • Töø 0 04 ÷ 010 (4 ÷ 16 DEC) laø möùc headroom ñoàng boä. • Headroom ñænh töø 3CC ÷ 3FB (927 ÷ 1019). • Töø 3FC ÷ 3FF laø möùc baûo veä ñænh. • Möùc 3CC laø möùc tín hieäu cao nhaát (Yellow vaø Cyan). • Möùc 0F0 laø möùc xoaù . • Möùc 11A laø möùc ñen. Tyû soá tín hieäu treân nhieãu löôïng töû ñöôïc tính : Ôû ñaây, vôùi n = 10 bit/maãu, fs = 14.33 MHz, fmax = 4.2 MHz, S Vq = 1.3042 V, Vw – Vb = 0.7143 V, ta coù = 68.09dB . Q RMS * Ke á t Luaä n : • Ñoái vôùi tín hieäu video toång hôïp (NTSC hoaïc PAL) taàn soá laáy maãu cho tín hieäu video thöôøng laø 2, 3 hoaëc 4 laàn taàn soá soùng mang maøu (2fsc, 3fsc hoaëc 4fsc). Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 16 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số • Tín hieäu video soá toång hôïp coøn mang ñaày ñuû nhöõng khuyeát ñieåm cuûa tín hieäu video töông töï nhaát laø hieän töôïng can nhieãu – choùi maøu. • Taàn soá laáy maãu caøng taêng, chaát löôïng video caøng cao, tuy nhieân taàn soá laáy maãu lôùn ñoøi hoûi thieát bò, ñöôøng truyeàn phaûi coù daûi thoâng roäng vaø caùc boä nhôù coù dung löôïng lôùn. Chi phí cho toaøn boä heä thoáng do vaäy taêng leân nhieàu laàn. Taàn soá laáy maãu thích hôïp naèm trong khoaûng töø 12 MHz ÷ 14 MHz. • Soá hoaù tín hieäu video toång hôïp coù toác ñoä bit thaáp so vôùi phöông phaùp soá hoaù tín hieäu video thaønh phaàn. • Tín hieäu soá toång hôïp boäc loä nhieàu nhöôïc ñieåm trong quaù trình xöû lyù soá, taïo kyõ xaûo, döïng hình… 5. Tie â u chu a å n Co m p o n e n t so á . Tieâu chuaån Component soá ñöôïc duøng ôû chaâu Aâu vaø chaâu Myõ theo chuaån Recommendation 601 CCIR. Tieâu chuaån naøy töông thích vôùi tieâu chuaån queùt 625/50 vaø 525/60 vôùi ñoä phaân giaûi 8bit/maãu vaø 10 bit/maãu. a. Tyû le ä laá y ma ã u Caùc toå chöùc phaùt thanh vaø truyeàn hình: • SMPTE (Society of Motion Picture ang Television Engineer) vôùi chuaån ATSC (Advance Television standards Committee). • EBU (European Broadcasting Union) vôùi chuaån DVB (Digital Video Broadcasting) ñaõ thoáng nhaát choïn chuaån CCIR Rec. 601 töø naêm 1982 treân cô sôû taàn soá chuaån 3.375 MHz. • Tyû leä laáy maãu ôû tieâu chuaån component soá laø tæ leä maø ôû ñoù tín hieäu Luminance (Y) vaø hai tín hieäu maøu C B vaø CR ñöôïc laáy maãu ôû caùc taàn soá töông öùng vôùi boäi soá cuûa taàn soá chuaån 3.375 MHz. Thoâng thöôøng coù caùc tyû leä laáy maãu sau : - 4:1:1, trong ñoù tín hieäu Y coù taàn soá laáy maãu f sy = 4× 3.375 = 13.5MHz , hai tín hieäu soá maøu ñöôïc laáy maãu ôû taàn soá fscb = fscr = 1× 3.375 = 3.375 MHz. Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 17 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số - 4:2:2, trong ñoù tín hieäu Y coù taàn soá laáy maãu f sy = 4× 3.375 = 13.5MHz , hai tín hieäu soá maøu ñöôïc laáy maãu ôû taàn soá fscb = fscr = 2× 3.375 = 6.75 MHz. - 4:4:4, trong ñoù caùc tín hieäu Y, CB, CR coù taàn soá laø 4× 3.375 = 13.5MHz . b. Caùc tín hie ä u ma õ ho a ù , th ô ø i gia n va ø ta à n so á laá y ma ã u chu a å n 4:2: 2 . Caùc tín hieäu maõ hoaù Y, CB, CR ñöôïc moâ taû nhö ôû baûng sau: * Caùc thoân g soá maõ hoaù maøu 4:2:2 cuûa tieâu chuaån 625/5 0 vaø 525/60. Thoâ n g so á Chua å n 4:2: 2 cuû a Chua å n 4:2: 2 62 5 / 5 0 cuû a 52 5 / 6 0 Caùc tín hieäu Y’ = 0.587G’ + 0.114B’ + 0.299R’ maõ hoaù sau khi CB’ = 0.564(B’ – Y’) ñaõ söûa γ CR’ = 0.713(R’ – Y’) Y : 864 Y : 858 Soá maãu/doøng CB : 432 CB : 392 CR : 432 CR : 429 Soá maãu/doøng Y : 720 tích cöïc CB : 360 CR : 360 Caáu truùc laáy Tröïc giao maãu Caùc maãu CB, CR, laëp laïi theo doøng, maønh vaø aûnh cuøng vôùi caùc maãu Y leû treân doøng. Taàn soá laáy Fsy = 846fh = 13.5 Fsy = 858fh = maãu MHz 13.5MHz Fscb =fscr = 432fh = Fscb=fscr=429fh=6.75 6.75MHz MHz Loaïi maõ hoá Ñieàu xung maõ (PCM), löôïng töû hoaù ñeàu. Ñoä phaân giaûi 8 hoaëc 10 bit/maãu cho Y vaø caùc tín löôïng töû hieäu soá maøu Baûn g 7. 5: Caùc th o â n g so á ma õ hoa ù 4:2: 2 cuû a ti e â u chu a å n 62 5 / 5 0 va ø 52 5 / 6 0 * Thôøi gian vaø taàn soá laáy maã u 4:2:2. Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 18 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số •Heä 625/50 coù thôøi gian moät doøng laø 64 µs , thôøi gian moät doøng tích cöïc laø 52 µs , thôøi gian xoaù doøng laø 12 µs . • Heä 525/60 coù thôøi gian moät doøng laø 63.56 µs , thôøi gian moät doøng tích cöïc laø 52 µs , thôøi gian xoaù doøng laø 11.56 µs . • Fsy = 13.5 cuûa hai heä ñöôïc taïo töø boä dao ñoäng PLL-CO (Phase Locked Loop – Controlled Oscillator). Vôùi heä 625/50 f sy = 864 × 15625 Hz = 13.5 MHz. Coøn heä 525/60 f sy =858fh = 858 × 15734.265 = 13.5 MHz. Chuùng ñöôïc ñoàng boä töø tín hieäu video in. Ñaëc tính cuûa maïch loïc Y baèng chaúng ñeán 5.75 MHz, coøn C B, CR ñaït ñeán 2.75 MHz. c. Löôïn g tö û ho a ù * Thaønh phaàn choùi Y. TT Thoâ n g so á cuû a Y Ñoä Ñoä pha â n co m p o n e n t pha â n gia ûi 10 bit 1 Caùc möùc baûo veä FF 3FC, 3FD, 3FE, 2 Möùc löôïng töû hoaù FE 3FB cao nhaát 3 Möùc ñænh traéng EB 3AC 4 Möùc xoaù 10 040 5 Giaù trò löôïng töû 01 004 hoaù nhoû nhaát 6 Caùc möùc baûo veä 00 000, 001, 002, Baû n g 7. 6: Moä t so á th a ø n h ph a à n Y tín hie ä u soïc ma ø u 10 0 / 0 / 1 0 0 / 0 va ø caù c tín hie ä u so á Y tr o n g he ä HEX Caùc möùc löôïng töû theo 10 bit goàm 2 10 = 1024 möùc töø 0 ÷ 1023 (heä DEC) vaø töø 000 ÷ 3FF (heä HEX) vôùi chöùc naêng cuûa caùc möùc nhö sau: Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 19 Biên soạn năm 2012
Giáo trình môn học: Kỹ thuật Audio- Video số 8 bit 10 bit mV DEC HEX 255 FF 766.3 1023 3FF 4 möùc 763.9 1020 3FC döï 254 FE 763.1 Möùc 1019 3FB phoøng löôïng 235 EB 700 940 3AC Headroo töû cao m nhaát Möùc ñænh 16 10 0 64 040 1 01 -47.9 4 004 Möùc -48.9 3 003 Headroo löôïng 0 00 -51.1 0 000 m töû thaáp 4 möùc döï Xung ñoàng phoøng boä khoâng löôïng töû Hình 7. 1 3 : Qua n he ä giö õ a caù c mö ù c tín hie ä u Anal o g Co m p o n e n t Y cuû a soïc ma ø u 10 0 % va ø caù c gia ù tr ò laá y ma ã u 10 bit va ø 8 bit • Töù 000 ÷ 003 laø 4 möùc döï phoøng döôùi. • Töø 004 ÷ 3FB laø doøng tín hieäu soá. • Möùc 004 HEX hay 64 DEC laø möùc xoaù. • Möùc 3AC HEX hay 940 DEC laø möùc ñænh traéng. • Phaàn xung ñoàng boä cuûa tín hieäu choùi khoâng ñöôïc laáy maãu. • Headroom döôùi nhoû laø khoảûng döï phoøng cho pheùp chænh caùc möùc analog, töø möùc 004 ÷ 040 HEX hay 4 ÷ 64 DEC. • Töø 3AC ÷ 3FB HEX hay 940 ÷ 1019 DEC laø möùc headroom treân. • Möùc 3FB HEX hay 1019 DEC laø möùc löôïng töû cao nhaát. • Töø 3FC ÷ 3FF HEX hay 1020 ÷ 1023 DEC laø 4 khoaûng döï phoøng. Ôû ñaây, vôùi n = 10 bit/maãu, f s = 13.5MHz, fmax = 5.57 MHz, S Vq = 0.8174 V, Vw – Vb = 0.7 V, ta coù = 70.35dB . QRMS S Vôùi n = 8 bit, ta coù : = 58.3dB QRMS Giảng viên: PHẠM THỊ ÁNH HỒNG 20 Biên soạn năm 2012