zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kĩ thuật Viễn thông

Giáo trình XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO VÀ VIDEO - Ch 3

Chia sẻ: Norther Light | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Báo xấu

148
lượt xem 32
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 3: Truyền dẫn audio và video 3.3.6.2. Mode truyền dị bội (ATM) Kích cỡ gói là một đặc tính quan trọng của các hệ thống đóng gói và phải được xác định ngay tại thời điểm thiết kế hệ thống. Kích cỡ có thể thay đổi được hoặc cố định. Do có một số overhead cần đến trong header của gói không quan tâm đến kích cỡ của nó, nên nếu overhead giảm, gói sẽ được thiết kế lớn hơn. Tuy nhiên, các gói nhỏ hơn sẽ tạo ra độ linh hoạt tốt hơn cho chỉ tiêu hệ thống. Chính...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO VÀ VIDEO - Ch 3

Chương 3: Truyền dẫn audio và video Người gởi Người nhận Các khung video Các khung video Dữ liệu gởi Dữ liệu nhận Bộ giải mã Bộ mã hóa Các gói Mạng chuyển mạch gói Hình 3.11. Đóng gói video 3.3.6.2. Mode truyền dị bội (ATM) Kích cỡ gói là một đặc tính quan trọng của các hệ thống đóng gói và phải được xác định ngay tại thời điểm thiết kế hệ thống. Kích cỡ có thể thay đổi được hoặc cố định. Do có một số overhead cần đến trong header của gói không quan tâm đến kích cỡ của nó, nên nếu overhead giảm, gói sẽ được thiết kế lớn hơn. Tuy nhiên, các gói nhỏ hơn sẽ tạo ra độ linh hoạt tốt hơn cho chỉ tiêu hệ thống. Chính vì độ linh hoạt và cũng do nó lấy cùng số lượng xử lý để tiến hành đóng gói mà không quan tâm đến kích cở của gói nên hầu hết các thiết kế hệ thống có các kích cỡ gói nhỏ, trong phạm vi từ 50 đến vài trăm byte. Header thích ứng 5 byte 48 byte dữ liệu header Chỉ kênh truyền ảo Chỉ đường dẫn Điều khiển lỗi (VCI) ảo (VPI) header Kiểu dữ liệu Điều khiển luồng Dự trữ Hình 3.12. Cấu trúc gói ở chế độ truyền dị bội 73
Chương 3: Truyền dẫn audio và video Các gói của nó gọi là các tế bào có kích thước 53 byte như ở hình 3.12. Mỗi tế bào có sức chứa dữ liệu là 48 byte và một header 5 byte. Header của tế bào ATM có năm phần cộng với 8 bit của mã phát hiện sửa lỗi vào header. 1. Điều khiển dòng 4 bit có thể được sử dụng để điều khiển dòng thông tin từ phần cứng giao diện mạng của người sử dụng. 2. Bộ nhận dạng đường dẫn ảo (VPI) -12 bit dùng để nhận dạng điểm đến cho tế bào. Nhiều dạng tế bào khác nhau có thể có cùng VPI. 3. Bộ nhận dạng kênh ảo (VCI) -12 bit dùng để nhận dạng kênh cho một dòng riêng. 4. Kiểu trọng tải (PT)-3 bit có thể sử dụng để nhận dạng kiểu thông tin, phần cứng và phần mềm trong mạng không nhận biết được những bit này. 5. Một bit dự phòng. 3.3. PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN Quá trình truyền dẫn phải cần đến một vài loại hình kết nối giữa nguồn dữ liệu và nguồn sử dụng. Đây vừa là sự kết nối vật lý vừa là sóng radio như trong truyền hình quảng bá mặt đất hoặc truyền dẫn qua vệ tinh. 3.3.1. Cáp đồng trục Truyền bằng cáp đồng trục bao gồm từ các cáp video mềm, loại nhỏ sử dụng trong truyền hình quảng bá hoặc hệ thống video gia đình đến cáp nửa cứng nửa mềm dùng cho các đường trung kế của TV cáp. Tất cả những loại cáp này đều có đặc tính là tín hiệu bị giảm đi theo khoảng cách và càng giảm nhanh hơn ở những tần số cao. Đối với các dịch vụ analog, thường cần đến bộ cân bằng cáp trên dải thông được sử dụng nhờ các mạch lọc đặt tại một hoặc cả hai đầu của cáp. Khi sử dụng thêm quá trình cân bằng, SNR của cáp suy giảm và trở thành giới hạn độ dài của mạch cáp được sử dụng. Điều này có thể được khắc phục nhờ bộ lặp, đây là bộ khuếch đại tín hiệu theo chu kỳ được sử dụng rộng rải trong các hệ thống TV cáp. Tất cả các thông số trên rất hữu hiệu trong các hệ thống số, tuy nhiên vẫn còn nhiều cơ hội lựa chọn điều chế và mã hóa kỹ thuật phù hợp với các đặc tính của cáp. Truyền dẫn số có thể thực hiện trên mọi loại cáp với bất cứ kiểu mã hóa nào nhưng độ dài hoạt động thực tế sẽ bị giới hạn. Giới hạn này có thể được mở rộng nhờ việc lựa chọn quá trình mã hóa thích hợp và sử dụng các kỹ thuật analog cho quá trình cân bằng. 74
Chương 3: Truyền dẫn audio và video Tốc độ dữ Khoảng Tốc độ × khoảng Loại cáp liệu (Mb/s) cách (km) cách (Gb-km/s) Cáp xoán đôi 1 2 0,002 Cáp đồng trục (nhỏ) 10 1 0,01 Cáp đồng trục (TV cap) 2000 1 2 Sợi đa mode 600 2 1,2 Sợi đơn mode 2000 100 200 Bảng 3.2. Chỉ tiêu của các loại cáp khác nhau Các hệ thống cáp TV Dải tần analog cân bằng của các hệ thống cáp TV nằm trong khoảng từ 300 đến 500MHz, được chia thành các kênh TV khoảng từ 50 đến 80 kênh 6MKz. Truyền hình quảng bá mặt đất có thể thực hiện tổng hợp các dịch vụ analog và digital trên cùng một cáp bằng cách định rõ các kênh phù hợp cho chương trình analog và số. Sử dụng điều chế dạng HDTV Grand Alliance, mỗi kênh cáp 6MKz có khả năng chứa tốc độ bit là 38Mb/s. Nếu 50 kênh cáp là số thì tốc độ trung bình của nó sẽ là 1.9GB/s. Tuy khả năng lớn nhưng vấn đề là ở chỗ là cách sử dụng như thế nào. Không phải mọi hệ thống đều truyền được 1000 chương trình khác nhau ở mọi lúc, tuy nhiên các ứng dụng như video hai chiều vẫn có thể sử dụng khả năng này. 3.3.2. Cáp sợi quang Cáp sợi quang có dải thông và các đặc tính độ dài lớn hơn nhiều so với cáp đồng. Nó cần đến bộ chuyển đổi điện tử-quang ở mỗi đoạn nối trên đường truyền, điều này có nghĩa là sự kết nối phân nhánh sẽ trở nên khó hơn. Tuy nhiên, cáp sợi quang tạo ra tính kháng thể gần như hoàn toàn với nhiễu từ hoặc điện. 3.3.3. Đường điện thoại Mạng điện thoại toàn cầu khởi đầu được xây dựng cho truyền thoại analog ở dải thông khoảng 3,5KHz. Nó tạo ra đường liên lạc 2 chiều thông qua một mạng quay số chuyển mạch. Các kết nối được thực hiện thông qua việc quay số và khi đã thực hiện xong, kết nối sẽ dành riêng cho hai người đối thoại và kết nối bị phá vỡ khi một trong hai người cúp máy. 3.3.3.1. Modem điện thoại Trong thực tế người sử dụng phải tương thích các kết nối analog hiện đang sử dụng với truyền dẫn số nhờ sử dụng các modem. Modem được sử dụng rộng rãi ở 75
Chương 3: Truyền dẫn audio và video máy tính và là cơ sở để ứng dụng internet trên toàn cầu. Các modem điện thoại hiện nay sử dụng điều chế đa mức tới tận 4bit/symbol. Với thiết bị này dải thông hẹp, chỉ tiêu SNR của kết nối tín hiệu thoại analog hạn chế, tất cả điều này hạn chế tốc độ dữ liệu của các modem điện thoại, chỉ khoảng 33.000 bit/s. Tốc độ như vậy phù hợp với việc truyền văn bản, tuy nhiên không thể đáp ứng cho tín hiệu video, audio hoặc ảnh với chất lượng cao được. Tại thời điểm này đã có các modem 56.000bit/s có khả năng thực hiện đầy đủ bằng cách kết nối số trực tiếp với mạng điện thoại của máy chủ. 3.3.3.2. Cáp điện thoại Cáp sử dụng cho thông tin loại analog là cáp sợi đồng, xoắn đôi, có khả năng truyền dẫn số tốt, một số phần của mạng diện thoại số cũng sử dụng loại này. 3.3.4. Truyền dẫn bằng tần số vô tuyến Thông tin số vô tuyến có thể là điểm-điểm, hoặc một điểm tới nhiều điểm (quảng bá). Đường truyền dành cho điểm-điểm rất đắt và số lượng các đường truyền như vậy bị giới hạn bởi khoảng cách phổ tần số cho phép. 3.3.4.1. Thông tin tế bào Hầu hết thông tin điểm-điểm ngày nay đều thực hiện trên các mạng tần số vô tuyến ví dụ như các mạng DT tế bào. Các hệ thống này có giá thành tương đối cao và sử dụng chung khoảng cách phổ cho nhiều người sử dụng. Mạng tế bào, ban đầu là analog dùng cho điện thoại, nhưng hiện nay nó đã được số hóa. Mặc dù các mạng điện thoại tế bào có thể được sử dụng modem nhưng sự chuyển mạch tế bào khiến nó không đáng tin cậy, từ khi mạng tế bào trở thành số và quá trình mã hóa phù hợp để xử lý các đặc tính của nó được đáp ứng, việc sử dụng truyền dẫn dữ liệu trên mạng tế bào sẽ tăng lên. 3.3.4.2. Quảng bá Truyền quảng bá audio và video là một phương pháp phổ biến trên toàn thế giới, về bản chất toàn bộ các dịch vụ này là analog, tuy nhiên các dịch vụ kỹ thuật số đang được phát triển và sẽ được triển khai trong tương lai gần. Một trong những phát triển mới quan trọng là hệ thống Grand Alliance, hệ thống này được phát triển ở Mỹ . 3.3.4.3. Quảng bá qua vệ tinh Vệ tinh được sử dụng cả trong thông tin quảng bá và thông tin điểm-điểm. Một bộ thu phát được gọi là transponder trong vệ tinh dùng để thu nguồn tín hiệu từ mặt đất (tuyến lên) và phát lại nó ở một tần số khác và thông qua anten khác (tuyến xuống) tới một hoặc nhiều trạm thu trên mặt đất. Do năng lượng vệ tinh lấy từ mặt 76
Chương 3: Truyền dẫn audio và video trời nên năng lượng truyền dẫn của nó bị hạn chế và các tần số sóng vi ba cũng như các búp hẹp của anten đĩa phải được sử dụng nhằm đạt được chỉ tiêu mong muốn. Các transponder vệ tinh trước đây sử dụng điều chế FM analog nhưng các thiết kế mới hơn đã sử dụng điều chế số. 3.4 CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN Việc định nghĩa một hệ thống truyền dẫn phải bao hàm cả quá trình mã hóa và điều chế của nó. Trong một môi trường cụ thể, định nghĩa phải xác định rõ môi trường vật lý, kết nối… Một vài hệ thống đã được triển khai rộng rãi sẽ được trình bày trong phần này. 1.4.1 Thành phần 4:2:2 bit song song Nhóm SMPTE đã đưa ra một vài tiêu chuẩn giao diện số cho các tín hiệu của hệ NTSC, PAL và HDTV trong cả hai định dạng song song và nối tiếp. SMPTE 125M là một giao diện song song 10 bit cho hệ thống 525/60 hoạt động theo tiêu chuẩn ITU-R Rec.BT.601 số hóa, trong định dạng 4:2:2. Một cáp đặc biệt được sử dụng, gồm 12 mạch xoắn đôi với các bộ nối DB-25, 10 cặp sử dụng cho dữ liệu, cặp 11 dùng để truyền xung clock, cặp còn lại dùng để tiếp đất. Độ dài của cáp có thể là 50m không có sự cân bằng, độ dài cũng có thể lên tới 300m nhưng phải được sự cân bằng. Lưu ý là những giao diện song song này phải khớp với các mạch cá nhân trong cáp nhiều dây một cách chính xác để việc đo thời gian của mỗi đường dẫn bit nằm trong khoảng dung sai của đồng hồ. Nó giới hạn chỉ tiêu các giao diện song song. Quá trình mã hóa tín hiệu trên mỗi đường dữ liệu là NRZ và 10 đường dữ liệu sẽ truyền song song các mẫu PCM. Không có phần dự trữ để phát hiện và sữa lỗi của dữ liệu video, tiêu chuẩn này chỉ thích hợp cho kết nối bằng cáp dây cứng. Định dạng của tiêu chuẩn Rec.601 không yêu cầu phải lấy mẫu khoảng xóa dòng và xóa mành, tuy nhiên thời gian này vẫn dành cho truyền các tín hiệu ID và thông tin khác. VD có tổng 858 mẫu trong một chu kỳ của dòng, tuy nhiên chỉ có 720 mẫu tích cực được xác định. Hình 3.13 minh hoạ cách thức xác định phần còn lại của khoảng xóa dòng. Hai khối đồng bộ 4 từ được đặt ở điểm xuất phát video tích cực (SAV) và điểm cuối của video tích cực (EAV). Khối đồng bộ này gồm một từ là tất cả các số “1”, hai từ là tất cả các số “0” và từ thứ tư nhận dạng xóa dòng và số thứ tự của mành. Với tần số đồng bộ giao diện 27MHz sẽ có 276 chu kỳ đồng hồ trong khoảng xóa dòng số và tám chu kỳ dùng cho đồng bộ, còn lại 268 chu kỳ clock được sử dụng để truyền dẫn dữ liệu phụ. 77
Chương 3: Truyền dẫn audio và video Khoảng xóa Dòng tích số cực video 16T 122T 720T Khoảng lấy mẫu tín hiệu chói 720T 736T 0 Y 719 Y 720 Y 721 Y 855 Y 856 Y 857 Y0 Y1 CR CR CR CB CB CB Tín hiệu chuẩn thời gian Tín hiệu chuẩn thời gian EAV SAV Hình 3.13. Gán các mẫu trong khoảng xóa dòng ở SMPTE 125 (NTSC) Nếu tất cả các khoảng xóa dòng của tiêu chuẩn số tổng hợp được sử dụng cho dòng dữ liệu phụ đơn lẻ, sẽ có thể có tối đa 262 từ 10 bit ở mỗi HBI, với tốc dộ dữ liệu đưa ra là 41,2 Mb/s. Như vậy sẽ có đầy đủ dung lượng cho một vài kênh audio với rất nhiều khả năng dự phòng. Thiết kế cơ bản của một giao diện song song này cũng có thể được mở rộng thành một dịnh dạng cho phiên bản số của định dạng SMPTE 240M để sản xuất HDTV analog. Giao diện số này được đề cập trong tiêu chuẩn 260M SMPTE. Với định dạng yêu cầu tần số lấy mẫu cao hơn là 74,25MHz, việc ghép các thành phần màu với độ chói như được thực hiện ở 125M là không thể. Vì vậy, các cặp dữ liệu bổ sung được thêm vào giải quyết vấn đề này. Đối với việc truyền dẫn các thành phần R,G,B cần tới 31 cặp. Tuy nhiên tần số clock cao sẽ giới hạn của cáp còn tối đa là 20m mà không có sự cân bằng. 3.4.2. Hệ thống 10 bit nối tiếp Mặc dù phần cứng cho các giao diện song song khá đơn giản nhưng các cáp nhiều dây lại có giá thành cao, không linh hoạt và còn bị giới hạn về độ dài. Hơn nữa chúng lại quá mới mẻ đối với các trang thiết bị hầu hết là analog đang tồn tại có nghĩa là không có một loại cáp hiện hành nào có thể sử dụng với giao diện số song song. Điều này có thể thực hiện được nếu có một giao diện số sử dụng tiêu chuẩn đồng trục RG-59 sẵn có trong các hệ thống video analog. SMPTE 259M là giao diện 78
Chương 3: Truyền dẫn audio và video nối tiếp cho truyền dẫn 10 bit các tín hiệu số tổng hợp hoặc thành phần chuẩn 625/50 hoặc 525/60. Tiêu chuẩn này là cho giao diện số nối tiếp (SDI). Cáp đồng trục được sử dụng với các bộ kết nối BNC (ICE 169-8). Các bit của mỗi mẫu được xếp theo dạng chuỗi với LSB được truyền trước tiên và quá trình mã hóa bị xáo trộn NRZL. Trong trường hợp mã hóa tổng hợp việc đồng bộ định dạng sẽ được cung cấp nhờ việc sử dụng tín hiệu nhận dạng và chuẩn thời gian (TRS-ID) đặt trong khoảng xóa dòng ngay sau vị trí thông thường của biên độ dòng. Tín hiệu này bao gồm một từ là tất cả các số “1”, ba từ là tất cả các số “0”, từ thứ 5 có chứa các bit cờ để nhận dạng mành và 5 bit để nhận dạng số dòng. 3.4.3 ATV Grand Alliance Sự phát triển của tiêu chuẩn truyền hình số đầu tiên trên TG được bắt đầu ở Mỹ bởi một liên hiệp các tổ chức thương mại và nghiên cứu có tên là Grand Alliance (GA) được hình thành vào năm 1993. Hoạt động cơ bản của nó là phát triển mạng tiêu chuẩn truyền hình số trên toàn TG từ hơn chục năm trước đây, khởi đầu với cái tên HDTV. Tuy nhiên tiêu chuẩn GA không chỉ dừng lại ở đó, nó còn được sử dụng để quảng bá các tín hiệu TV với độ phân giải tiêu chuẩn (525 hoặc 625 dòng). Vì vậy ngày nay tiêu chuẩn này còn được gọi là tiêu chuẩn TV cao cấp (ATV). 3.4.3.1. Mục đích đề ra của ATV Rất nhiều nghiên cứu trước đây của HDTV chủ yếu dựa vào công nghệ analog. Nhưng vào thời điểm thành lập GA, tất cả đều nhất trí rằng các tiêu chuẩn đều phải là số. Mục đích của hệ thống số là: Âm thanh và hình ảnh HDTV số có chất lượng cao. Một hệ thống có thể cùng tồn tại với truyền hình quảng bá analog mà không gây nhiễu cho nhau. Thiết bị lắp có giá cả hợp lý với người tiêu dùng và các nhà sản xuất, và tất cả người sử dụng vào thời điểm áp dụng tiêu chuẩn. Có khả năng hoạt động phối hợp các phương tiện truyền dẫn và các ứng dụng khác. Tiềm năng ứng dụng toàn cầu của tiêu chuẩn. Mục tiêu cuối cùng được thực hiện dưới con mắt của các nhà thiết kế nhưng chúng ta phải xem xét tác động của nó lên các tiêu chuẩn quốc tế, các mục tiêu khác đều đã được đáp ứng. 79
Chương 3: Truyền dẫn audio và video 3.4.3.2. Kiến trúc theo lớp Kiến trúc của hệ thống GA được minh họa trong hình 3.14 chỉ rõ mối tương quan với các lớp của mô hình OSI đã được mô tả trong phần 3.2.1. Các công nghệ và tiêu chuẩn khác áp dụng trong mỗi lớp được trình bày dưới đây. GA xác định bốn lớp: 1. Lớp ảnh - hệ thống GA cung cấp nhiều định dạng và nhiều tốc độ khung hình tất cả đều có thể được giải mã và trình bày bằng thiết bị thu ATV của GA. Phương pháp này cho phép các dịch vụ khác nhau có các tiêu chuẩn quét khác nhau phù hợp với mục đích của mình. 2. L ớ p nén - việc nén video của hệ thống GA dựa trên tiêu chuẩn ISO-MPEG-2, và hệ thống audio sử dụng nén Dolby AC-3 cung cấp 5.1 kênh âm vòm với tốc độ dữ liệu 384kb/s. Tốc độ dữ liệu video có các định dạng ảnh của HDTV xấp xỉ bằng 18,9 Mb/s và cho các định dạng ảnh có độ phân giải tiêu chuẩn là từ 3 đến 5 Mb/s. 3. Lớp truyền tải - hệ thống GA sử dụng gói truyền tải dựa trên cấu trúc gói MPEG-2. Bất cứ số lượng dòng audio, video hoặc dữ liệu nào cũng có thể được ghép thành dòng bit truyền dẫn. 4. Lớp truyền dẫn - lớp này thực hiện quá trình xử lý phát hiện và sửa lỗi trước và điều chế bằng cách sử dụng các symbol đa mức. Lớp GA Công nghệ được Các lớp OSI sử dụng Định dạng ảnh Lớp ảnh thay đổi 6. Trình diễn Lớp nén MPEG-2 5. Phiên 4. Truyền tải 3. Mạng Lớp truyền MPEG-2 tải 2. Liên kết dữ liệu 1. Vật lý Lớp truyền Điều chế VSB dẫn Hình 3.14. So sánh giữa kiến trúc phân lớp GA và các lớp OSI 80
Chương 3: Truyền dẫn audio và video 3.4.3.3. Lớp truyền tải GA . Lớp truyền tải nhận các dòng bit audio và video riêng rẽ sau đó ghép chúng lại thông qua việc đóng gói. Bất cứ số lượng dòng bit nào cũng có thể được xử lý, rất nhiều dòng audio, video hay các kiểu dữ liệu khác có thể được truyền trên cùng một kênh, chỉ bị giới hạn bởi khả năng tốc độ dữ liệu tổng của hệ thống. Gói GA là một khối có độ dài cố định 188 byte như minh hoạ trên hình 3.15. Mỗi một gói có thể chứa một header 4 byte với một trường dữ lệu 184 byte, ở trường này cũng có thể chứa một header thích ứng tùy chọn có độ dài thay đổi. Thiết kế của gói như vậy tạo ra khả năng hoạt động phối hợp cùng cấu trúc gói của ATM. Cùng với trường đồng bộ một byte, header của một gói cung cấp: 1. Một trường 13 bit cho nhận dạng gói sử dụng để tách dòng bit gói. Với mục đích này giá trị bằng “0” của gói ID (PID) được dành cho một gói đặc biệt có chứa 1 chỉ số cho cấu trúc ghép kênh. Chỉ số này có dạng một bảng thống kê chương trình xác định rõ một hoặc nhiều chương trình hoàn chỉnh và số PID của bảng đồ chương trình cho mỗi chương trình. Bảng bản đồ chương trình chỉ rõ PID và dạng của nó cho mỗi dòng dữ liệu trong chương trình. Bằng cách đọc những bảng này, một máy thu có thể chọn được các gói có chứa dữ liệu mà nó cần. 2. Một trường bộ đếm thứ tự 4 bit đếm các chu kỳ từ 0 tới 15 cho mỗi gói với cùng một PID. Nó cho phép máy thu nhận biết được khi nào thì các gói hoàn chỉnh bị mất trong quá trình truyền. Gói 188 byte Header gói 4 byte Header thích ứng (tùy chọn) Tải dữ liệu Chi tiết header Header đồng PID 13bit Đếm thứ tự 4 bit bộ (47H) Điều khiển mành thích ứng 2 bit Điều khiển xáo trộn truyền tải 2 bit Ưu tiên truyền tải 1 bit Bộ chỉ bắt đầu tải 1 bit Bộ chỉ lỗi gói truyền tải 1 bit Hình 3.15. Cấu trúc gói truyền tải GA 81
Chương 3: Truyền dẫn audio và video 3. Phần còn lại của các bit trong header của gói là các cờ bit với các mục đích riêng cung cấp các chức năng quản lý gói, ấn định việc sử dụng của quá trình xáo trộn không bắt buộc để điều khiển sự truy cập của người sử dụng, và ấn định xem header thích ứng có mặt ở tải trọng của dữ liệu hay không. Điều này được minh họa trên hình 3.15. 3.4.3.4. Lớp truyền dẫn GA Đầu ra của lớp truyền tải là một dòng bit đơn bao gồm các gói đã được ghép cho tất cả các loại dữ liệu để truyền trên kênh. Lớp truyền dẫn thực hiện điều chế, cho phép dòng bit này được truyền trên kênh analog 6MHz tuyến tính hoàn toàn ở đây sử dụng phép điều chế dải band cụt (VSB) các symbol đa mức và gọi là điều chế 8-VSB hoặc 16-VSB, tại đó các số 8 hoặc 16 ấn định số mức symbol được truyền. Hệ thống phát quảng bá sử dụng định dạng 8-VSB có khả năng phát hiện và sửa lỗi tốt hơn, trong khi các hệ thống truyền hình cáp có thể sử dụng định dạng 16- VSB cho tốc độ dữ liệu cao hơn nhưng cần đến SNR vượt quá mức mà cáp có thể cung cấp, quá trình xử lý truyền dẫn được minh hoạ trên hình 3.16. Quá trình xử lý lớp truyền dẫn sẽ đảo mỗi gói thành một đoạn (segment), mã sửa lỗi Reed-Solomon được sử dụng cho mỗi đoạn này. Một segment bao gồm nội dung của một gói trừ đi byte đồng bộ (sẽ được thay thế sau này trong quá trình xử lý). Đầu tiên, dữ iệu được lấy ngẫu nhiên bằng cách xử lý theo mạch XOR với chuỗi giả ngẫu nhiên (trong máy thu, dữ liệu được xử lý lại bằng mạch XOR với chuỗi giả ngẫu nhiên tương tự khôi phục dữ liệu). Sau đó, quá trình xử lý R-S được bổ xung vào mỗi gói, vì vậy gói 188 byte sẽ trở thành một segment 207 byte 9 không có byte đồng bộ). Ngẫu nhiên Mã hoá Chèn Tạo đoạn Gói hóa dữ liệu R-S dữ liệu Dữ liệu đa mức Mã hóa trellis Tới Lọc tiền Điều chế + Chèn pilot bộ phát cân bằng VSB Đồng bộ mành Đồng bộ đoạn Hình 3.16. Quá trình xử lý trong lớp truyền dẫn GA Các segment sau đó được nhóm lại thành các trường dữ liệu có 313 đoạn. Đoạn thứ nhất của mỗi trường dữ liệu là mô hình đồng bộ trường dữ liệu được sử 82
Chương 3: Truyền dẫn audio và video dụng ở máy thu với mục đích cân bằng tự động, giúp máy thu lựa chọn sử dụng quá trình lọc phù hợp cho chuẩn đoán hệ thống, và để máy thu xây dựng cấu hình vòng tự hiệu chỉnh của nó. Vì vậy, máy thu có thể điều chỉnh lại theo định kỳ cơ cấu của nó để bù lại cho những thay đổi động trên đường truyền. Bước tiếp theo của quá trình xử lý truyền dẫn là chèn dữ liệu bằng bộ chèn xoắn, quá trình này mở rộng dữ liệu trên vùng 52 đoạn, cho phép mã phát hiện và sửa lỗi sửa các lỗi burst tới tận 193μs. Chu kỳ thời gian này có chứa xấp xỉ 360 lỗi bit dữ liệu và chúng điều có thể được sửa. Việc chèn chỉ được thực hiện trên các byte dữ liệu của segment, các tín hiệu đồng bộ segment và đồng bộ mành không được chèn bởi vì chúng sẽ được thêm vào sau này trong quá trình xử lý, như đã minh hoạ ở trên hình . Bước tiếp theo bắt đầu từ quá trình mã hoá nhị phân và tạo ra các symbol đa mức vì vậy đây là bước khởi đầu của quá trình điều chế. Truyền hình quảng bá sử dụng các symbol 3 bit và truyền hình cáp sử dụng symbol 4 bit. Trong trường hợp truyền hình quảng bá, mỗi trong số 2 bit của dữ liệu đã mã hoá được chuyển thành một symbol 3 bit (8 mức) bằng cách sử dụng mã trellis, đây là một kỹ thuật phát hiện và sửa lỗi có thể cải tiến chỉ tiêu của hệ thống mà không làm tăng độ rộng band tần. Bộ mã hóa trellis Z3 X2 Lược đồ Z2 Đầu ra X1 symbol analog Z1 + D D Z3 Z2 Z1 Đầu ra Z3,Z2,Z1 100 001 010 000 110 0 0 0 -7 -7 0 0 1 -5 -5 0 1 0 -3 -3 0 1 1 -1 -1 1 0 0 +1 +1 1 0 1 +3 +3 1 1 0 +5 +5 1 1 1 +7 +7 Hình 3.17. Mã hóa trellis 83
Chương 3: Truyền dẫn audio và video Ý tưởng của mã trellis là tạo ra một môi trường bao quanh hỗ trợ cho n giá trị symbol nhưng chỉ n/2 giá trị có hiệu quả (vì 1 bit kém), các lỗi symbol sẽ tăng chuỗi có các giá trị không hiệu quả. Tuy nhiên, một bộ dò tìm thích hợp có thể sửa một dòng sai bằng cách tìm kiếm một chuỗi có khả năng sửa lỗi cao nhất cho chuỗi bị lỗi. Đây được gọi là bộ dò tìm viterbi. Phương pháp trên hiệu quả nhất khi hệ thống điều chế được thiết kế để thiết lập khoảng cách lớn nhất (trong sơ đồ điều chế chòm sao người ta thường gọi là khoảng cách Euclidean) giữa các trạng thái của symbol có giá trị. Sơ đồ cho thấy những khoảng cách này xuất hiện tương tự như dạng trellis và chính điều đó là ý tưởng để đặt tên cho phương pháp này. Do phải quan tâm đến các bộ lọc được đưa vào trong hệ thống để loại bỏ sự can thiệp của các tín hiệu NTSC có thể xảy ra ở cùng kênh hoặc các kênh cận kề, kênh thực sự chỉ có bộ mã 12 trellis được chèn vào chuỗi 12 symbol. Nó ngăn cản bộ lọc khỏi sự can thiệp vào mã trellis. Sau khi mã hoá trellis, tín hiệu bây giờ là một định dạng analog 8 mức. Tuy nhiên, tín hiệu đồng bộ segment và các mô hình đồng bộ trường dữ liệu không được ghi mã trellis nhưng lại được chèn như các tính hiệu hai mức giữa các mức điều chế +5 và -5. Tín hiệu đầy đủ thu được chèn như các tín hiệu đồng bộ được điều chế biên độ trên sóng mang của kênh bằng cách sử dụng điều chế dải biên cụt triệt sóng mang. Triệt sóng mang có nghĩa là đối với đầu vào ở mức 0, sóng mang đầu ra cũng bằng 0 và pha sóng mang sẽ dịch chuyển 180 độ giữa mức vào dương và âm. Dải biên cụt có nghĩa là dải biên (thấp hơn) của phổ điều chế biên độ bị huỷ bỏ một phần như minh hoạ trên hình 3.18. Miền dải band cao Sóng mang VSB Miền dải band thấp 0.31Mhz Kênh 6 Mhz Hinh 3.18. Phổ tần số của tín hiệu truyền dẫn GA trong dải thông 6Mhz Như đề cập ở trên, để hoạt động trong môi trường TV cáp ít nhiễu SNR tốt hơn, điều chế phải là 16-VSB và không sử dụng mã trellis. Như vậy sẽ cho phép truyền đi tốc độ dữ liệu gấp 2 lần ở mỗi kênh cáp 6 MHz. Các thông số chỉ tiêu của một vài sự lựa chọn trong các hệ thống truyền ATV được trình bày trong bảng 3.3. 84
Chương 3: Truyền dẫn audio và video Thông số HDTV-1 HDTV-2 SDTV Pixel tích cự 1920×1080 1280×720 720×480 Tổng mẫu 2200×1125 1600×750 858×525 60Hz quét cách dòng 60Hz quét cách dòng 59,94Hz quét cách dòng Tốc độ hình 30Hz quét liên dòng 30Hz quét liên dòng 29,97Hz quét liên dòng 24Hz quét liên dòng 24Hz quét liên dòng 23,97Hz quét liên dòng Lấy mẫu tín hiệu 4:2:2 4:2:2 4:1:1 sắ c Tỷ lệ khung hình 16:9 16:9 4:3 Nén video MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2 Tốc độ dữ liệu 19,3Mb/s 19,3Mb/s 6,0Mb/s Kênh audio 5,1 5,1 2 Dải thông audio 20Hz-20Khz 20Hz-20Khz 20Hz-20Khz Tần số lấy mẫu 48KHz 48KHz 48KHz audio Tốc độ dữ liệu 384kb/s 384kb/s 128kb/s Bảng 3.3 Các thông số chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống truyền ATV ATSC ở một số mức độ phân giải 3.4.4. Giao diện audio AES3 Rất nhiều định dạng video như MPEG hoặc Grand Alliance đưa ra khả năng truyền dữ liệu audio kèm theo video. Tuy nhiên, trong thiết bị chỉ dùng cho sản xuất và sản xuất hậu kỳ audio, cần phải truyền audio riêng. Định dạng AES3 được sử dụng rộng rãi trong audio chuyên nghiệp và một số tổ chức khác cũng đã chấp nhận những định dạng tương tự như vậy. AES3 là giao diện số dạng chuỗi hỗ trợ cho kênh audio và một vài loại dữ liệu khác không phải mạch audio. AES3 sử dụng một cáp đôi xoắn đơn có thể trải dài tới 100m mà không cần cân bằng. Nó cũng có thể sử dụng với cáp đồng trục với độ dài cho phép tới 1km. Định dạng này tự tạo xung đồng bộ, tự đồng bộ và có thể được sử dụng với bất cứ tần số lấy mẫu nào, 64 bit được truyền cho mỗi chu kỳ lấy mẫu, trong một khung 85
Chương 3: Truyền dẫn audio và video hình phụ và định dạng khối như minh họa trên hình 3.19. Ví dụ với tần số lấy mẫu audio là 44,1KHz tốc độ dữ liệu của AES3 là 2,822Mb/s. Tốc độ dữ liệu có thể lên tới 24 bit trên mẫu và được lượng tử hóa tuyến tính và mã hóa trong định dạng bù hai. Việc điều chế kênh là mã đánh dấu lưỡng cực (3.2.3.2). Một kung hình tương ứng chính xác với một chu kỳ lấy mẫu ở tỉ lệ nguồn nó chứa 64 bit và một mẫu audio cho mỗi kênh, cộng thêm các header. Một khối là 192 khung hình và một mẫu audio cho mỗi kênh của khung hình trong khối được tích tụ lại để trở thành trường dữ liệu 192 bit (24 byte) cung cấp cho đặc tính của kênh, mã thời gian và nhiều đặc điểm khác. X Kênh A Y Kênh B Z Kênh A Y Kênh B X Kênh A Y Kênh B Y Kênh A X Khung 32 bit Mở đầu Dữ liệu phụ LSB dữ liệu audio MSB V U C P 4 bit 4 bit 20 bit Giá trị Dữ liệu người dùng Dữ liệu trạng thái kênh Chẵn lẻ Hình 3.19. Cấu trúc khung 64 bit AES3 Tiêu chuẩn AES3 hai kênh được mở rộng thành nhiều kênh ở tiêu chuẩn AES10 tới tận 56 kênh audio. Tiêu chuẩn này đã ấn định tốc độ dữ liệu là 125 Mb/s. 3.4.5. Dây chịu nhiệt chuẩn IEE 1394 Tiêu chuẩn IEEE 1390 đáp ứng cho một mạng có tốc độ cao, thời gian thực, giá thành rẻ sử dụng trong quá trình kết nối các thiết bị audio và video cũng như máy tính. Có thể có nhiều sự lựa chọn, tuy nhiên trong phần này chỉ giới thiệu một vài loại. Việc sử dụng một cặp cáp xoắn đôi (4 dây tín hiệu với 2 dây phụ trợ 1394 có thể đạt tốc độ dữ liệu lên đến 200Mb/s trên khoảng cách các thiết bị là 4,5m. Các hệ thống 1390 trong tương lai sẽ còn đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn nữa. Giao thức được dựa vào các gói, và hai cặp dây xoắn được sử dụng như là hai kênh, có thể đẳng thời dị bội hoặc đồng thời cả hai tại cùng thời điểm. Chế độ đẳng thời được quan tâm nhiều nhất trong các ứng dụng của audio bởi vì nó cho phép thực hiện kết nối với tốc độ dữ liệu rất tốt, do các bus hoạt động ở chu kỳ ổn định và một lượng gói được truyền đi trong mỗi chu kỳ. Mỗi một kết nối tích cực dự trữ một 86
Chương 3: Truyền dẫn audio và video gói trong mỗi chu kỳ. Các liên kết có thể có 2 loại điểm tới điểm, nó không bị thay đổi bởi người sử dụng khác hoặc quảng bá có thể được xác định bởi người sử dụng. Chế độ truyền dị bội hoạt động giống mạng máy tính hơn. Ở chế độ này tất cả những người sử dụng đều tranh chấp khả năng của bus trong thời gian thực và việc dự trữ là không thể. Tuy nhiên, hoạt động dị bội mặt khác cũng có thể diễn ra trên một bus đẳng thời bằng cách chiếm dụng không gian của các gói không được sử dụng đến trong mỗi chu kỳ bus. Bus 1390 do người sử dụng quản lý truyền đi các gói điều khiển dị bội để thiết lập các thanh ghi ở mỗi thiết bị kết nối với bus. Việc này phải được thực hiện để thiết lập bất cứ một loại kết nối nào. Tiêu chuẩn 1390 tương đối mới song đã được yêu cầu sử dụng để nối giữa các camera video số, VCR số, các bộ xử lý hiệu ứng video và máy tính có chức năng video. Đây có thể là một đặc điểm quan trọng trong nhiều hệ thống video tương lai. 87

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2430 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.