(multimedia communication) · midi keyboard midi synthesizer audio encoder or decoder image scanner...
TRANSCRIPT
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 1
TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN(Multimedia Communication)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
Giảng viên: Ths. Trân Đăc Tôt – Khoa CNTT
Email: [email protected]
Website: www.oktot.com
Facebook: https://www.facebook.com/oktotcom/
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 2
Chương 1: Tổng quan truyên thông đa phương tiện
Chương 2: Đặc tính, yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện
Chương 3: Cac chuân nen dữ liệu đa phương tiện
Chương 4: Truyên dữ liệu đa phương tiện
Chương 5: Cac ưng dung truyên thông đa phương tiện
MÔN HỌC: TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 3
CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH, YÊU CẦU CUA DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dich vu truyên thông đa phương tiện
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 4
Muc đích:
Giới thiệu cac thiêt bi đa phương tiện
Các đặc tính cơ bản và các yêu cầu của các hệ thống âm thanh,hình ảnh, video số.
Khái niệm, ưng dung và phân loại các hệ thống đa phương tiện(Multimedia system).
Yêu cầu: Sinh viên nắm vững cac khai niệm cơ bản vê
Thiêt bi đa phương tiện
Cách biểu diễn, Các đặc tính cơ bản của thông tin đa phương
tiện: âm thanh, hình ảnh, video.
Các yêu cầu của hệ thống đa phương tiện.
MỤC ĐÍCH – YÊU CẦU
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 5
CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH, YÊU CẦU CUA DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dich vu truyên thông đa phương tiện
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 6
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiên
Thiêt bi lưu trư sô liêu
Cac loại đia
CD/DVD
HDD
Thiêt bi tương tac
CD-I, DVI
Thiêt bi ngoai vi va card mơ rông
Graphic
Video
Sound
Thiêt bi đông bô
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 7
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiên
Thiêt bi tin hiêu liên tuc (analog)
Sources Destinations Filters
Microphone Speaker Analog video effects device
Video camera Video display Analog video effects device
Video tape player Video tape recorder Audio mixer
Audio tape player Audio tape recorder Video scan converter
Videodisc player
Photographic camera
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 8
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiên
Thiêt bi sô
Capture Presentation Processing
ASCII keyboard Display
MIDI keyboard MIDI synthesizer Audio encoder or decoder
Image scanner Printer Image encoder or decoder
3D digitizer 3D graphic hardware
Video frame grabber Framebuf, adapter Video encoder or decoder
Video digitizer Digital video effects device
Audio digitizer Audio Digital-to-Analog
Converter
Digital audio effects device
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 9
CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH, YÊU CẦU CUA DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Các đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dich vu truyên thông đa phương tiện
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 10
Biểu diễn âm thanh sô
Đặc tính cơ bản của tín hiêu âm thanh
Âm thanh là các dao động cơ học của các phân tử không khí và lan truyêntrong không khí, va đập vào màng nhi, làm rung màng nhi và kích thíchbộ não.
Âm thanh, giống như nhiêu sóng, được đặc trưng bởi tần số, biên độ vàvận tốc lan truyên (tốc độ âm thanh).
Đối với thính giác của người, âm thanh nghe được thường là sự dao động,trong dải tần số từ khoảng 20 Hz đên khoảng 20 KHz.
Biên độ âm thanh thay đổi rất lớn (ở tần số 1 KHz):
Từ 0.000283 dyne/cm2 đên 0.000283 x 106 dyne/cm2.
Cận dưới: 0 dB ~ 0.000283 dyne/cm2
dB= 20log10(X/Y)
Cận trên: 100dB – 120dB
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 11
Biểu diễn âm thanh sô
Biểu diễn sô của âm thanh
Sóng âm liên tuc sẽ được biên đổi thành tín hiệu điện liên tuc nhờmicrophone.
Tín hiệu điện này đo bằng volt, ta gọi là tín hiệu tương tự (analogsignal).
Để máy tính có thể xử lý và truyên tín hiệu âm thanh, tín hiệu điệnliên tuc phải được biên đổi thành tín hiệu số (digital signal).
Ba giai đoạn trong biên đổi từ tín hiệu tương tự ra tín hiệu số (ADC:Analog to Digital Converter):
Lấy mẫu (sampling)
Lượng hoá (quantization)
Mã hoá (coding)
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 12
Biểu diễn âm thanh sô
Chuôi gia tri sô hoa 001 011 100 100 010 001 011 110 110
Hình 2.1: Quá trình chuyển đổi tín hiệu từ dạng tương tự ra dạng số
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 13
Biểu diễn âm thanh sô
Lấy mẫu: Sự biên đổi thời gian liên tuc thành các giá tri rời rac
được goi là lấy mẫu (sampling)
Truc thời gian được chia thành những khoảng cố đinh, giá tri của biên độ
tín hiệu được đọc tại thời điểm bắt đầu của thời khoảng.
Thời khoảng này được xác đinh một xung đồng hồ. Tần số của xung đồng
hồ được gọi là tốc độ lấy mẫu hay tần số lấy mẫu.
Mạch điện thực hiên việc này gọi là mạch lấy mẫu và dừng.
Mỗi điểm dừng lấy mẫu ưng với một giá tri của biên độ; Ta có một dãy
nhiêu giá tri liên tuc, nhưng rời rạc theo thời gian; Mỗi thời khoảng, mẫu
chỉ có một giá tri.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 14
Biểu diễn âm thanh sô
Lượng hoá: Sự biên đổi các giá tri mẫu liên tuc thành các giá tri rời rạc
được gọi là lượng hoá (quantization)
Trong quá trình xử lý này ta chia dãy tín hiệu thành các số cố đinh của
các thời khoản, mỗi thời khoảng bằng nhau và được gán một số.
Mỗi mẫu có một số giới hạn các giá tri chọn lựa. Trong hình 2.1 (c) mỗi
thời khoảng có thể có nhiêu giá tri và được gán một giá tri duy nhất (số
nguyên từ 0 đên 7).
Ví du: Trong hình 2.1 (c) hai thời khoản cuối cùng đêu có giá tri là 6.
Kích thước (khoảng) giá tri trong một thời khoảng gọi là bước lượng hoá
(quantization step).
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 15
Biểu diễn âm thanh sô
Mã hoá: Quá trình biểu diễn lượng giá tri bằng số được gọi là mã hoá
(coding)
Trong ví du, 8 mưc lượng hoá được dùng. Các mưc được mã hoá bằng 3bit trong hệ thống số nhi phân.
Nêu tốc độ lấy mẫu và số mưc lượng hoá đủ lớn thì tín hiệu số được biểudiễn bằng đường bao tín hiệu góc.
Khi cần tái tạo tín hiệu tương tự từ dữ liệu số, một bộ chuyển đổi từ sốsang tương tự (DAC: Digital to Analog Converter) được sử dung.
Các giá tri lượng hoá được xác đinh trên cơ sở số mưc lượng hoá. Các tínhiệu này đi qua bộ lọc thấp qua (low-pass filter) để tái tạo gần đúng tínhiệu góc.
Nguyên lý của ADC và DAC đã mô tả cũng được áp dung cho video và cáctín hiệu khác.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 16
Biểu diễn âm thanh sô
Biểu diễn sô của âm thanh
Chuỗi gia tri số(a)
Bước tính hiệu(b)
Tín hiệu góc được
phuc hồi sau khi
qua bộ lọc thấp tần(c)
Hình 2.2: Quá trình chuyển đổi tín hiệu từ dạng số ra dạng tương tự
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 17
Biểu diễn âm thanh sô
Trong quá trình biên đổi ADC quan trọng nhất là chọn tốc độ lấy mẫu và số
mưc lượng hoá, trong các loại tín hiệu tương tự khác nhau và trong các ưng
dung khác nhau.
Xác đinh tôc đô lấy mẫu: Tốc độ lấy mẫu phu thuộc vào tần số của tín
hiệu tương tự mà ta muốn biên đổi.
Theo lý thuyêt Nyquist, nêu một tín hiệu tương tự có tần số f thì tần sốmẫu nhỏ nhất phải là 2f.
Nêu tần số lấy mẫu chính xác bằng 2f, ta nói là lấy mẫu tới hạn. Trongthực hành tốc độ mẫu phải lớn hơn 2f.
Ví du: Tốc độ lấy mẫu CD audio là 44.1 kHz, và băng audio kỹ thuật số là 48kHz để thể hiện âm thanh tần số 20 kHz.
Tần số tiêng nói trong khoảng 3.1 kHz. Biên đổi tín hiệu tiêng nói tín hiệusố ta dùng tốc độ lấy mẫu là 8 kHz.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 18
Biểu diễn âm thanh sô
Nêu tần số của tín hiệu tương tự lớn hơn 1/2 tần số lấy mẫu thì tần số của
tín hiệu bi giảm đi nhỏ thua hoặc bằng 1/2 tần số lấy mẫu khi đi qua bộ lọc
thấp qua.
Hình 2.3: Tín hiệu ngã vào tần số lớn hơn 1/2 tần số lấy mẫu sinh ra một tínhiệu răng cưa có tần số khác và thấp hơn
Hiện tượng này gọi là hiện tượng răng cưa (aliasing): Vấn đê nghiêm trọng
đối với các hệ thống dùng cơ chê lấy mẫu khi tín hiệu có tần số lớn hơn 1/2
tần số lấy mẫu.
(a) 8kHz
b) 6kHz(
(c)
Lương hóa
(d) 2kHz
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 19
Biểu diễn âm thanh sô
Xác đinh sô mức lượng hoá: Số mưc lượng hoá dùng để xác đinh một
cách trung thực biên độ của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự gốc.
Sự khác biệt tối đa giữa giá tri lượng hoá và giá tri tín hiệu tương tự gốcgọi là bước lượng hoá. Sự khác biệt này còn được gọi là lỗi lượng hoá haynhiễu lượng hoá.
Số mưc lượng hoá càng lớn thì bước lượng hoá càng nhỏ và kéo theonhiễu lượng hoá càng nhỏ.
Số các mưc lượng hoá xác đinh số bít cần thiêt để biểu diễn mẫu và đượcxác đinh bởi công thưc:
b = log2Q , Q = 2b
Trong đó: b: số bit cần thiêt để biểu diễn, Q: số mưc lượng hoá.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 20
Biểu diễn âm thanh sô
Xác đinh sô mức lượng hoá: Số mưc lượng hoá dùng để xác đinh một
cách trung thực biên độ của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự gốc.
Mối quan hệ giữa chất lượng tín hiệu số hoá và tín hiệu tương tự gốc đobằng hệ số nhiễu tín hiệu (SNR - Signalto-noise ratio) tính bằng dB đượcđinh nghi bởi:
SNR=20log10(S/N).
Với S: biên độ cực đại của tín hiệu, N: nhiễu lượng hoá.
Nêu lấy bước lượng giá là q thì N = q và S = 2bq Thay vào biểu thưc:
SNR = 20log10(2bq/q) = 20b log10(2) = 6b
Ta thấy nêu dùng thêm 1 bit để biểu diễn các mẫu làm gia tănghê sô nhiễu tín hiêu là 6 dB.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 2121
Biểu diễn âm thanh sô
Xác đinh sô mức lượng hoá: Số mưc lượng hoá dùng để xác đinh một
cách trung thực biên độ của tín hiệu số so với tín hiệu tương tự gốc.
Chúng ta xem xét trường hợp âm thanh bắt đầu nghe được và âm thanhcực đại trong cùng ngữ cảnh.
Nhiễu lượng giá phải nhỏ hơn âm thanh bắt đầu nghe được
Trong trường hợp âm thanh cực đại (100 dB – 120 dB). Để khôngnghe nhiễu lượng hoá thì SNR ≥ 100 dB.
CD audio dùng 16 bit cho mẫu lượng hoá SNR = 96dB nó nhỏ hơn cậndưới mà ta mong muốn (100 dB đên 120 dB).
Tuy nhiên 16 = 24 dễ thao tác và xử lý trong các hệ thống số. Do vậyngười ta dùng 16 bít thay cho 17 bit.
Tóm lại âm thanh số cần được lấy mẫu liên tuc với tốc độ cố đinh, mỗimẫu được biểu diễn bằng một số bit cố đinh.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 2222
Biểu diễn âm thanh sô
Lượng hoá phi tuyên (Nonlinear quantatization) làm rút gọn lượng dữ liệu
biểu diễn âm thanh số, vậy với cùng lượng dữ liệu có thể biểu diễn âm
thanh với chất lượng cao hơn.
Lượng hoá phi tuyên chính là kỹ thuật nén dữ liệu mà chúng ta sẽ khảo sát
chi tiêt trong bài 3.
Ứng dụng Số kênh Tốc độ Số bit
CD-audio 2 44100 16
DAT 2 48000 16
Digital telephone 1 8000 8
Digital radio, long
play DAT2 32000 16
Bảng 2.1: Đặc tính chung của âm thanh số
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 23
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Cac đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dich vu truyên thông đa phương tiện
CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH YÊU CẦU CUA DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 24
Hê thông video tương tự
Trong phần này chúng ta mô tả các khái niệm và kỹ thuật cơ bản được sử
dung trong các hệ thống video tương tự.
Các khái niệm này chủ yêu để hiểu cách dùng và biểu diễn kỹ thuật số của
video trong các hệ thống đa phương tiện.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 25
Hê thông video tương tự
Thu hình và phát hình của hình ảnh và video: Hình ảnh được thu bằng
cách sử dung máy thu hình (camera)
Hệ thống thấu kính sẽ tập trung hình ảnh đên bê mặt cảm quang của bộ
cảm biên bên trong camera.
Trên bê mặt lớp cảm biên, độ sáng của một điểm ảnh được biên đổi
thành dòng điện bởi tê bào quang điện.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 26
Hê thông video tương tự
Thu hình và phát hình của hình ảnh và video: Hình ảnh được thu bằng
cách sử dung máy thu hình (camera)
Việc quét một ảnh được thực hiện từ gốc cao bên trái theo chiêu ngang
của ảnh tạo thành một hàng quét ngang.
Khi đên lê phải của ảnh, điểm quét quay trở vê lê trái và tiêp tuc quét các
hàng kê tiêp cho đên hêt ảnh.
Thời gian điểm quét vê đầu hàng kê tiêp gọi là khoảng trắng hàng ngang.
=> Một ảnh được biên đổi thành chuổi tín hiệu điện liên tuc của các hàng
quét và được phân cách bởi các mưc trắng hàng ngang. Tập hợp các hàng
quét của một ảnh gọi là frame.
Khi kêt thúc một ảnh, điểm quét di chuyển vê gốc trên bên trái để tạo
frame kê tiêp. Thời gian điểm quét vê đầu frame mới gọi là khoảng trắng
hàng dọc.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 27
Hê thông video tương tự
Thu hình và phát hình của hình ảnh và video: Hình
ảnh được thu bằng cách sử dung máy thu hình
(camera)
Trước đây các thiêt bi hiển thi (tivi / monitor) dùng
đèn tia âm cực (CRT: Cathode Ray Tube).
Một lớp phosphors được tráng phía trước màn hình,
nó bi quét bởi một chùm tia điện tử như quá trình
quét ảnh của camera.
Chùm tia tác động lên phosphors nó sẽ phát sáng
trong một thời gian rất ngắn, độ sáng phu thuộc vào
cường độ chùm tia điện tử.
=> Như vậy ta có thể sử dung tín hiệu thu hình của
camera, để tái tạo lại các hình ảnh được thu bởi camera.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 28
Hê thông video tương tự
Tôc đô frame (frame rates): Xác đinh bởi 3 yêu tố cơ bản:
Tốc độ frame phải đủ lớn để hình ảnh trong video chuyển động trung
thực. Thường tốc độ ≥ 25 frame/s.
Khi tốc độ frame tăng thì độ rộng băng tần cũng phải tăng để truyên tín
hiệu video.
=> Phải tìm cách để sử dung độ rộng băng tần thấp để xuất hầu hêt các
cảnh một cách trung thực (25 frame/s).
Khi chùm tia chạm vào phosphors sẽ phát ra ánh sáng trong một thời gian
rất ngắn (vài mili giây). Nêu thời gian giữa 2 lần quét không đủ nhanh ta
sẽ thấy hiện tượng lập loè trên màn hình.
=> Để tránh hiện tượng này, số lần quét ít nhất phải bằng 50 lần/giây. Nêu
tăng tốc độ lên 50 frame/s thì cần tăng độ rộng băng tần.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 29
Hê thông video tương tự
Kỹ thuật quét xen (Interlace) được sử dung để giải quyêt hiện tượng
lập lòe trong các hệ thống truyên hình
Trong kỹ thuật quét xen nhiêu hơn một lần quét dọc được dùng để tạo ra
một frame hoàn chỉnh. Mỗi lần quét dọc (vertical scan) được gọi là trường
(field).
Truyên hình sử dung 2:1 Interlace: 2 lần quét dọc (field) cho một frame.
Lần quét dọc thư nhất là các dòng lẻ (odd filed) và lần quét dọc thư hai là
các dòng chẳn (-even field).
=> 25 frames/giây 50 fields/giây. Ta sử dung cùng độ rộng băng tần,
và hiện tượng lập loè hầu như đã bi loại bỏ.
Các hệ thống truyên hình:
Hệ PAL (25 frame - 50 field/s)
Hệ NTSC (30 frame - 60 field/s)
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 30
Hê thông video tương tự
Hê sô co (Aspect ratio): Tỷ lệ giữa chiêu rộng và chiêu cao của ảnh được
gọi là hệ số co / tỷ lệ co.
Đây là hệ số quan trọng vê mặt thâm mỹ, khi trình bày hình ảnh với các
kích cở khác nhau. Khi thay đổi cỡ hình phải duy trì tỷ lệ này để tránh
méo hình (biên dạng).
Hình ảnh chuyển động có tỷ lệ 4:3 được sử dung phổ biên trong các hệ
thống truyên hình quảng bá.
Trong quá trình phát triển, hình ảnh chuyển động màn ảnh rộng với hệ số
co lớn hơn 4:3 được phát triển. => Phim DVD màn ảnh rộng, hệ thống
truyên hình độ nét cao (HD: High Definition), hệ số co được chọn là 16:9.
Ví du: Màn hình 25 inches với hệ số co 4:3 có kích thước chiêu rộng là
20 inches và chiêu cao là 15 inches.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 31
Hê thông video tương tự
Đô phân giải (Resolution): Độ phân giải của màn hình được đặc tả bởi
độ phân giải ngang (horizontal resolution) và độ phân giải dọc (vertical
resolution).
Đô phân giải ngang: Số cột (điểm ảnh) từ trái sang phải của màn hình.
Vd: VGA: 640 điểm hàng ngang
Đô phân giải doc: Số hàng, (điểm ảnh)
từ trên đầu xuống dưới cùng của màn hình.
Vd: VGA: 480 điểm hàng dọc
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 32
Hê thông video tương tự
Truyền hình / video màu: Các hệ thống Tivi màu được xây dựng trên cơ
sở lý thuyêt Tristimulus vê tái tạo màu sắc => Các màu trong tự nhiên có
thể được tạo ra từ 3 màu sơ cấp.
Màu sơ cấp được sử dung trong Tivi là RGB: Đỏ (Red), Xanh lá (Green),
Xanh dương (Blue).
Để thu hình màu, camera sử dung các bộ phận quang học để tách tia
sáng tới thành 3 chùm tia tương ưng với 3 màu sơ cấp.
Mỗi chùm tia màu sẽ đên một bộ cảm biên riêng để tạo ra một tín hiệu
điện phân biệt.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 33
Hê thông video tương tự
Truyền hình / video màu
Trong màn hình màu, có ba loại phosphor
phát ra ba loại ánh sáng màu: đỏ, xanh lá,
xanh dương (mỗi điểm ảnh có cả ba loại
phosphor).
Pha trộn ánh sáng phát ra từ 3 loại
phosphor tạo thành một điểm màu.
Ba óng phóng tia âm cực được sử dung và
sắp xêp sao cho mỗi óng chỉ quét đên một
loại phosphor.
Cường độ chùm tia của các óng phóng được
điêu khiển bởi các tín hiệu màu tương ưng
được tạo ra trong quá trình quét của
camera.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 34
Hê thông video tương tự
Các chuẩn truyền hình màu hiên có: Với video màu ta cần 3 tín hiệu
ưng với các màu R, G, B và thông tin để đồng bộ hoá việc quét hình của
camera và thiêt bi hiển thi
Nêu ba tín hiệu được truyên đi một cách phân biệt từ đài phát đên máy
thu hình thì độ rộng băng thông của truyên hình màu sẽ gấp ba lần
truyên hình đơn sắc.
Để giải quyêt vấn đê này, các dạng tổng hợp của tín hiệu video được sử
dung: Ba loại dạng tín hiệu tổng hợp chính của truyên hình màu là NTSC,
PAL, SECAM.
Các dạng tín hiệu tổng hợp đêu dùng nguyên tắc cơ bản độ sáng / màu.
Trong đó, ba màu sơ cấp được biên đổi ra hai phần độ sáng (luminance)
và màu (chrominance)
Thành phần độ sáng là tín hiệu video đơn sắc, nó được điêu khiển bởi độ
sáng của hình ảnh.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 35
Hê thông video tương tự
Các chuẩn truyền hình màu hiên có: Với video màu ta cần 3 tín hiệu
ưng với các màu R, G, B và thông tin để đồng bộ hoá việc quét hình của
camera và thiêt bi hiển thi
Thành phần màu chỉ chưa các thông tin vê màu sắc của hình ảnh và có 2
bộ phận. Do mắt người không quá nhạy với thông tin màu sắc, độ rộng
băng tần của hai bộ phận màu có thể được rút gọn trước khi truyên.
Trong hệ thống tổng hợp, độ sáng và màu được tổ hợp bằng sơ đồ đa
hợp tần số (frequency multiplexing) để đưa vào một kênh truyên.
Thành phần độ sáng được truyên như tín hiệu đơn sắc và thành phần
màu được đặt trong sóng mang phu tần số cao gần phía trên băng tần
của kênh truyên.
Tần số sóng mang phu riêng được chọn sao cho sự giao thoa rất nhỏ
giữa tín hiệu độ sáng và tín hiệu màu.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 36
Hê thông video tương tự
Các chuẩn truyền hình màu hiên có
Hệ thống tổng hợp có thể truyên tín hiệu màu trên một kênh đơn có cùng
độ rộng băng tần của một trong ba tín hiệu màu đỏ, xanh lá, xanh
dương.
Hệ thống tổng hợp cũng giải quyêt vấn đê tương thích ngược. Các máy
tivi đơn sắc hiển thi hình ảnh bằng cách giải mã thành phần độ sáng.
Ba loại tín hiệu tổng hợp chính đêu sử dung các nguyên tắc đinh dạng
tổng hợp nêu trên, chỉ khác nhau trong các tham số quét, ma trận để đổi
từ các màu RGB thành độ sáng và màu, và cấu trúc đa hợp của các tín
hiệu.
Chú ý: Độ sáng Y giống nhau cho tất cả các hệ thống. Các bộ phận màu
khác nhau cho các hệ thống khác nhau.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 37
Hê thông video tương tự
Các chuẩn truyền hình màu hiên cóPAL NTSC SECAM
Full name Phase Alternating LineNationtal Television
System Committee
Sequentiel Couleur
Avec Memorie
Countries of useUK, Germany, Austria, Italia,
China, AustraliaNorth America, Japan France, USSR
Lines/frame 625 525 625
Frames/sec 25 30 25
Horizontal resolution 409 340 409
Interlace ratio 2:1 2:1 2:1
Aspect ratio 4:3 4:3 4:3
Bandwidth of channel5.5 MHz (UK)
5.0 MHz (Orther) 4.2 MHz 6.0 MHz
Color conversion
equations
Y=0.30R+0.59G+0.11B
U=0.62R-0.52G-0.10B
V=0.15R-0.29G+0.44B
Y=0.30R+0.59G+0.11B
I=0.60R-0.28G-0.32B
Q=0.21R-0.52G+0.31B
Y=0.30R+0.59G+0.11B
DR=1.33R+1.11G+0.22B
DB=0.45R-0.88G+1.33B
Chrominance bandwidthU=1.33MHz
V=1.33MHz
U=1.33MHz
Q=0.45MHz
DR=1.33MHz
DB=1.33MHz
Bảng 2.2: Thông số của các chuẩn truyền hình màu NTSC, PAL, SECAM.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 38
Hê thông video tương tự
Hê sô nhìn (Viewing ratio): Được đinh nghia bằng tỷ lệ giữa khoảng
cách người xem và chiêu cao hình ảnh.
Ví du: Một màn hình có chiêu cao 15 inches và khoảng cách để xem là 90
inches, thì hệ số nhìn là 90/15 = 6.
Chất lượng hình ảnh phu thuộc vào các tham số nêu trên nhưng nó cũng
phu thuộc vào hệ số nhìn. Các hệ thống truyên hình được thiêt kê với hệ
số nhìn từ 5 đên 6.
Với một hệ số nhìn lớn hơn thì nói chung chất lượng hình ảnh hiển thi tốt
hơn, nhưng sẽ khó xem các chi tiêt bên trong hình ảnh.
Một hệ thống được thiêt kê cho hệ số nhìn nhỏ thì hình ảnh phải có độ
phân giải cao.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 39
Hê thông video tương tự
Truyền hình đô nét cao (HDTV: High Definition TIVI)
Các hệ thống truyên hình hiện nay đã được phát minh cách đây hơn 30
năm.
Hiện nay đã có nhiêu bước phát triển trong linh vực điện tử và viễn
thông, cho phép truyên và hiển thi video chất lượng tốt hơn đó là dạng
truyên hình độ nét cao (HDTV).
Nhật bản, Châu âu và Hoa kỳ đã đưa ra các chuân cho HDTV. Sự khác
nhau trong các chuân này là: Khả năng tương thích ngược, Kỹ thuật xử lý
và truyên là kỹ thuật tương tự hay số. Các sơ đồ nén dữ liệu được sử
dung.
Trong các đê nghi này, các thông số quét là gần như nhau, hệ số co đêu
là 16:9. Nhật và Hoa kỳ: 30 frames/s và 1.125 lines/Frame,
Châu âu: 25 frames/s và 1.225 lines/Frame,
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 40
Hê thông video tương tự
Băng thông của video tương tự
Yêu cầu băng thông của video tương tự có thể được đưa ra từ các thông
số quét hình: F (Tốc độ frame); N (Số dòng quét một frame); H (Độ phân
giải ngang); A (Hệ số co); C (Hệ số của thời gian dành cho khoảng trắng
quét ngang);
Độ rộng băng tần B = F x (Số chu kỳ mỗi frame)
Số chu kỳ mỗi frame = N x (Số chu kỳ mỗi dòng)
Số chu kỳ mỗi dòng = 0.5 x A x H / C
với 0.5: hệ số của số chu kỳ đên số dòng phân biệt
B = 0.5 x A x F x H x N / C
Ví du: PAL : A=4/3, F=25, H=409, N=625, C=0.80 => B=5.3 MHz
HDTV: A=16/9, F=30, H=593, N=1125, C=0.83 =>B=21.43 MHz
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 41
Hê thông video tương tự
Lưu trư và truyền video tương tự
Thiêt bi lưu trữ video tương tự là băng từ và đia laser
Băng từ chuyên nghiệp có thể thu đên độ phân giải 500 dòng, trong
khi băng VHS chỉ thu ở độ phân giải 240 dòng. Các băng từ có thể
chưa 2 - 3 giờ video.
Đia Laser có thể lưu trữ khoảng 1 giờ video chất lượng cao và chỉ
được đọc (read only).
Video tương tự truyên bằng sóng điện từ / cable đồng
Trước khi tín hiệu video được truyên, nó được điêu chê theo một số
kiểu nào đó.
Băng thông tối thiểu bằng với yêu cầu băng thông của dòng video.
StorageTransmitter Receiver
CameraDisplay
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 42
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Cac đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dich vu truyên thông đa phương tiện
CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH YÊU CẦU CUA DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 43
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Đặc điểm chung của hê thông video sô
Trong hệ thống video số, camera và màn hình hoạt động như video tươngtự.
Giữa camera và màn hình, tín hiệu tương tự => tín hiệu số và các bộphận ở giữa hoạt động với tín hiệu số.
Bộ biên đổi ADC đặt sau camera và bộ biên đổi DAC đặt trước màn hình.Lý do phải đổi ra video số vì tín hiệu số dễ xử lý, mã hoá và tích hợp vớiphương tiện số khác.
Thiêt bi lưu trữ là đia cưng / CD-ROM
Thiêt bi xử lý, truyên, nhận là máy tính.
Mạng truyên dữ liệu số là mạng chuyển mạch gói.
StorageTransmitterCamera ADC
Encoding and
Processing
Receiver DisplayDecoding
and Processing
DAC
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 44
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Quá trình biên đổi từ tương tự sang sô: Nguyên tắc cơ bản để biên đổi
tín hiệu video tương tự thành video số cũng giống như của âm thanh mà ta
đã mô tả trước đây.
Tốc độ lấy mẫu (sample rate):
Tốc độ lấy mẫu có thể được đưa ra một cách trực quan từ các thông sốquét video (độ phân giải ngang, độ phân giải dọc, tốc độ frame, hệ sốco).
Tốc độ lấy mẫu tối thiểu có thể được tính như sau: S = A x F x H x N/C
Ví du: Hệ PAL: S = 10.6 MHz; với A = 4/3 (Hệ số co), F = 25 (Tốc độframe); H = 409 (Độ phân giải ngang); N= 625 (Độ phân giải dọc); C = 0.8(Hệ số thời gian dành cho khoảng trắng quét ngang).
Ta có thể tính tốc độ lấy mẫu tối thiểu từ độ rộng băng tần của tín hiệuvideo theo lý thuyêt Nyquist: Nêu băng tần của video tương tự là f thì tốcđộ lấy mẫu ít nhất là 2f.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 45
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Tôc đô lấy mẫu (sample rate)
Phần tử nhỏ nhất của hình ảnhgọi là điểm ảnh (pixel).
Nêu tốc độ lấy mẫu nhỏ hơn đặctã ở trên thì không thể giữ đượcđộ phân giải.
=> Hiện tượng răng cưa sẽ xuấthiện (các điểm ảnh phân biệt đượcbiểu diễn bằng các ô hình vuôngnhỏ).
Việc nhìn thấy hiện tương nàyphu thuộc hệ số nhìn. Hệ số nhìncàng lớn thì việc nhìn thấy hiệntượng răng cưa càng giảm.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 46
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Các mức lượng hoá (Quantization Levels)
Số mưc lượng hoá phu thuộc trực tiêp vào biên độ của tín hiệu tương tựvà kích thước bước lượng hoá.
Bước lượng hoá tối đa bằng với nhiễu lượng hoá cực đại, nhưng phải nhỏhơn ngưỡng phân biệt của thi giác.
Trong một cảnh, thi giác người có thể phân biệt các điểm có độ sángchênh lệch 1%. Nói cách khác khả năng phân biệt độ sáng của thi giáccon người là 100:1.
Hệ số tương phản (contrast ratio) được đinh nghia là hệ số cường độsáng của phần tử sáng nhất và phần tử tối nhất. Hệ số tương phản cao sẽcho hình ảnh ro nét.
Độ sáng chung quanh màn hình có ảnh hưởng đên hệ số tương phản.Ánh sáng chung quanh cao hơn thì hệ số tương phản sẽ giảm đi.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 47
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Các mức lượng hoá (Quantization Levels)
Tỷ lệ 100:1 có nghia là ta có thể nhận biêt hai cường độ sáng khác nhaunêu chúng khác nhau hơn 1%.
Khả năng phân biệt này còn gọi là contrast sensitivity được đinh nghiabằng hệ số của các độ sáng nhỏ nhất có thể phân biệt được.
Như vậy để giữ được chất lượng của hình ảnh gốc thì bước lượng hoá haynhiễu lượng hoá phải nhỏ hơn 1%.
Trên cơ sở thi giác nhận biêt trong khoảng từ 1 - 100 và bước lượng hoácủa 1% giá tri độ sáng, ta cần tổng cộng 460 bước lượng hoá. Nó đượctính toán bằng công thưc:
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 48
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Các mức lượng hoá (Quantization Levels)
Để biểu diễn 460 mưc lượng hoá ta cần 9 bit. Hình ảnhcủa tivi hiện nay có hệ số tương phản trong khoảng10:1 đên 20:1. Với kiểu hình ảnh này ta chỉ cần 8 bit làđủ.
Nêu bước lượng hoá lớn hơn contrast sensitivity, độsáng khác nhau của những vùng lân cận có thể bilượng hoá cùng giá tri.
Những vùng có cấp độ sáng bi thay đổi sẽ xuất hiệnnhững dãy phân biệt, hiện tượng này gọi là contouring.
Hiệu ưng contouring xảy ra khi sử dung quá ít bướclượng hoá.
Nó thường xuất hiện tại các vùng tối bởi vì độ sángkhác nhau tương ưng 1% contrast sensitivity thì rấtnhỏ trong các vùng này.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 49
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Sô hoá video màu (Color video digitization)
Chúng ta đã giới thiệu số hoá video đơn sắc. Để biểu diễn video màu,chúng ta cần số hoá từng tín hiệu màu sơ cấp riêng biệt như nguyên tắcsố hoá với độ sáng.
Mỗi điểm ảnh (pixel) được biểu diễn bởi một tập hợp ba giá tri tương ưngvới ba màu sơ cấp, mỗi màu có cùng độ rộng băng tầng của tín hiệu độsáng và cần cùng các mưc lượng hoá như tín hiệu độ sáng.
Hệ quả là một video số màu yêu cầu số dữ liệu gấp ba lần của video đơnsắc tương ưng.
Ví du: Tín hiệu video hệ PAL có độ rộng băng tầng là 5.5 MHz ta lấy mẫu vớitốc độ cao hơn 11 MHz, thường là 13.5 MHz.
Ta cần: 8 bít cho mỗi mẫu, của mỗi màu, và như vậy trong 1 giây cần:(3x13.5x8) = 324 Mbits dữ liệu. – Tốc độ dữ liệu tính toán ở trên là tốc độdòng dữ liệu để biểu diễn video số.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 50
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Sô hoá video màu (Color video digitization)
Tốc độ dữ liệu tính toán ở trên là tốc độ dòng dữ liệu để biểu diễn videosố.
Trong thực hành, tín hiệu video được đổi thành 2 thành phần là độ sángvà màu trước khi chuyển sang dạng số.
Do mắt người ít nhạy với thành phần màu và độ rộng băng tần của nóđược rút ngắn.
Như vậy độ rộng băng tần thấp hơn của thành phần màu, có thể sửdung tốc độ lấy mẫu thấp hơn, rút ngắn số lượng dữ liệu cần thiêt đễbiểu diễn video số.
Đây là dạng nén dữ liệu dùng đặc tính tri giác của con người.
=> Trong thực hành, khi chúng ta số hoá độ sáng và màu phân biệt,thành phần màu có thể được lấy mẫu với tốc độ bằng phân nữa củathành phần độ sáng.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 51
Biểu diễn hình ảnh va video sô
COMPONENTS
CCIR 601 4-2-2
SMPTE D-1
525 lines, 60 fields
CCIR 601 4-2-2
SMPTE D-1
625 lines, 50 fields
Luminance components
Bandwidth (MHz)
Sampling rate (MHz)
Samples per total line
5.5
13.5
838
5.5
13.5
864
Samples per active line
Bits per sample
Bit rate (Mb/s)
710
8
108
716
8
108
Chrominance components
Bandwidth (MHz)
Sampling rate (MHz)
Samples per total line
Samples per active line
Bits per sample
Bit rate (Mb/s)
2.2
6.75
419
335
8
54
2.2
6.75
432
358
8
54
Total bit rate 216 216
Bảng 2.3: Các tham số của truyền hình kỹ thuật số
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 52
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Biểu diễn bitmap của hình ảnh và video sô
Trong quá trình số hoá video, không cần lấy mẫu khoảng trắng hàngngang và hàng dọc Giảm bớt tốc độ bit.
Khi hiển thi, do đã biêt số điểm trên mỗi dòng quét và số dòng quét trongmột frame nên khoảng trắng hàng ngang và hàng dọc có thể được tạo ratrên thiêt bi hiển thi.
=> Như vậy, hình ảnh kỹ thuật số được sắp xêp trong một mảng hai chiêucủa các điểm ảnh.
Số cột tương ưng với số mẫu (điểm ảnh) trên một hàng
Số hàng chính là số dòng quét của một frame
Trong hình ảnh đơn sắc, chúng ta nhìn nó như một mảng hai chiêu màmỗi phần tử của nó là độ sáng của điểm ảnh tại các vi trí tương ưng tronghình ảnh.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 53
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Biểu diễn bitmap của hình ảnh và video sô
Đối với ảnh màu, mỗi điểm ảnh là một tập hợp của ba giá tri tương ưngcủa ba màu sơ cấp hoặc một thành phần độ sáng và hai thành phần màu.
Rất thuận tiện để hiển thi ảnh màu kỹ thuật số bằng ba mảng haichiêu tương ưng với ba thành phần.
Khi các giá tri của điểm ảnh được biểu diễn bằng độ sáng và cácthành phần màu, kích thước mảng của thành phần màu có thể nhỏhơn thành phần độ sáng.
Khi hiển thi, ba thành phần này sẽ được xen kẻ một cách thích hợp đểgiảm bớt kích thước ảnh gốc.
Sắp xêp các giá tri của điểm ảnh trong vùng bộ nhớ liên tuc được gọi làbitmap. Trong bitmap, một vi trí bộ nhớ (ba với ảnh màu) sẽ ưng với mộtđiểm ảnh trên màn hình.
Bộ nhớ dùng để lưu trữ dữ liệu bitmap của hình ảnh được gọi làframestore hay framebuffer.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 54
Biểu diễn hình ảnh va video sô
So sánh các hê thông video tương tự và sô
Video tương tự (analog) Video số (digital)
• Không co hình ảnh đươc lưu trữ. • Hình ảnh đươc lưu trữ (framestore).
• Không phân biệt trong thu nhận, truyền và hiển
thi hình ảnh tỉnh và video.
• Co sự phân biệt trong truyền và hiển thi hình
ảnh tỉnh và hình ảnh động (video)
• Cac bộ phận (camera, transmiter, • Cac bộ phận (camera, transmiter,
receiver, display) của hệ thông phải hoạt động
một cach đồng bộ.
receiver, display) của hệ thông co thể hoạt
động độc lập
• Cân sử dụng kỹ thuật quét xen để tiết kiệm độ
rộng băng tân truyền tín hiệu và để tranh hiện
tương lập loè. => Chất lương hiển thi giảm.
• Không cân sử dụng kỹ thuật quét xen vì việc
quét chỉ thực hiện trong nội bộ thiết bi hiển
thi (framestore). => Chất lương hiển thi tăng.
• Dữ liệu đươc truyền bằng với dữ liệu gôc đươc
thu nhận từ camera kể cả cac khoảng trăng
hàng ngang và hàng dọc.
• Dữ liệu thu từ camera đươc sô hoa và nén trước khi truyền, không cân sô hoa khoảng trăng hàng ngang và hàng dọc.
(Hệ sô nén video ≥ 24:1).
• Dữ liệu video tương tự không đươc xử lý • Dữ liệu video sô dể dàng đươc xử lý
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 55
Biểu diễn hình ảnh va video sô
Các nguôn khác của hình ảnh và video sô
Trước đây nguồn của hình ảnh và video là camera. Hiện nay nó vẫn lànguồn chính, ta còn có các nguồn khác.
Nguồn khác là từ các máy quét ảnh, nó biên đổi các hình ảnh, văn bản(giấy) thành dạng biểu diễn số dưới dạng bitmap. Hình ảnh được quét cóthể là màu / trắng đen.
Các hình ảnh được tạo ra bởi máy tính cũng là những hình ảnh số đượclưu trữ trong bitmap dưới dạng vector.
Dù hình ảnh số có được từ nhiêu nguồn nhưng đêu được xử lý bởi hệthống máy tính: Mỗi hình ảnh là một mảng hai chiêu (ba đối với ảnh màu)các giá tri điểm ảnh
Video số là một chuỗi hình ảnh được hiển thi theo một tốc độ xác đinh.Dù các giá tri điểm ảnh của hình ảnh từ các nguồn khác nhau có ý nghiakhác nhau nhưng chúng đêu có thể được biểu diễn bằng dạng RGB.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 56
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Cac đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dich vu truyên thông đa phương tiện
CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH YÊU CẦU CUA DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 57
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Hình ảnh và video màu là hai kiểu dữ liệu cơ bản của hệ thống đa phương
tiện. Các chi tiêt kỹ thuật và khả năng nhận biêt của con người vê màu rất
quan trọng vì các lý do:
Mong muốn hình ảnh hiển thi bởi hệ thống đa phương tiện giống như
hình ảnh gốc khi nó được thu, và nó được hiển thi giống như trong các hệ
thống khác.
Có thể thực hiên được một hệ số nén cao nêu chúng ta sử dung một số
đặc tính vê khả năng nhận biêt màu sắc của con người.
Nhiêu hoạt động như tìm kiêm hình ảnh được dựa trên các giá tri điểm
ảnh hoặc sự biểu diễn màu sắc. Xử lý hiệu chỉnh màu sắc làm cải thiện
hiệu quả của các hoạt động này.
Trong phần này, chúng ta sẽ khảo sát vê biểu diễn, nhận biêt vê màu sắc
và thảo luận vê các vấn đê nêu trên.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 58
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Các thuôc tính của màu sắc: Ánh sáng khả kiên là sóng điện từ có phổ
bước sóng trong khoảng từ 400nm đên 780nm. Ánh sáng có bước sóng
khác nhau sẽ tạo ra cảm giác màu khác nhau.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 59
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Ba thuôc tính vật lý cơ bản của bức xa màu là: luminance (độ sáng),
hue (độ màu), saturation (độ bảo hoà)
Luminance là một thuộc tính của thi giác theo đó một vùng xuất hiện
ánh sáng phát ra nhiêu hay ít. Thi giác có đap ưng vê cảm giác không
tuyên tính đối bới độ sáng.
Hue là một thuộc tính của thi giác theo đó sự phân biệt của thi giác vê
các màu: đỏ, vàng, xanh lá và xanh dương hoặc một tổ hợp của hai trong
các màu trên. Các màu trong tự nhiên thường là màu đa sắc, nó được
pha trộn bởi nhiêu bước sóng.
Saturation là độ thuần màu của một vùng được xem xét trong một tỷ lệ
cân đối với độ sáng. Một màu thuần có độ bảo hoà là 100%, trong khi
màu trắng có độ bảo hoà là 0%.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 60
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Các hê thông đặc tả màu sắc: Trong truyên thông hình ảnh và video
màu, màu sắc phải được đặc tả bởi một số phương pháp.
Công cu đặc tả màu độc lập:
Ba thuộc tính vật lý cơ bản của màu có thể được đặc tả bằng sơ đồ phân
bố phổ năng lượng (SPD: Spectral Power Distribution), đó là sơ đồ của
radian năng lượng đối với bước sóng.
SPD là phương pháp chính xác nhất để đặc tả màu, nhưng không mô tả
mối quan hệ giữa các thuộc tính vật lý của màu sắc và thi giác.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 61
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Các hê thông đặc tả màu sắc
Uỷ ban quốc tê chiêu sáng (CIE: Comite International de l’Eclairage) đinh
nghia hệ thống để ánh xạ một SPD thành ba thành phần số là toạ độ toán
học của không gian màu.
CIE đinh nghia “chuân quan sát” trên cơ sở đo lường khả năng tương hợp
màu trung bình của mắt. Một hệ thống ba tác nhân XYZ được phát triển,
mà các màu nhìn thấy được có thể được biểu diễn, chỉ dùng các giá tri
dương của X,Y,Z. Với Y là độ sáng, X và Z là thông tin màu.
Dạng cơ bản của hệ thống CIE 1931 XYZ là nên tảng của các thiêt bi đo
màu. Nó hoàn toàn độc lập, và các giá tri X,Y,Z bình thường được đinh
nghia trong khoảng [0,1].
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 62
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Các hê thông đặc tả màu sắc
Trong thực hành, màu hiêm khi được đặc tả bằng các số hạng XYZ mà
thường dùng toạ độ phối màu (chromaticity) x và y được tính từ giá tri ba
tác nhân X,Y,Z:
x = X / (X+Y+Z) và y = Y / (X+Y+Z)
Biểu đồ toạ độ phối màu của ánh sáng thấy được theo sơ đồ phối màu
của CIE. Bước sóng của các màu là toạ độ trên đường biên của sơ đồ.
Ánh sáng thấy được nằm bên trong đường bao của sơ đồ, nó là đường
nối của các điểm có bước sóng từ 380nm – 800nm.
Trong biểu đồ, các màu có thể được đặc tả bởi các giá tri xyY.
X = x * Y / y
Z = (1-x-y) * Y / y
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 63
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Các hê thông đặc tả màu sắc
Điểm lợi chính của CIE XYZ là
hoàn toàn độc lập.
Điểm bất lợi chính của CIE
XYZ là sự phưc tạp trong cài
đặt và không trực quan.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 64
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Quan hê giưa CIE XYZ và các không gian màu khác
Theo lý thuyêt Tristimulus, một màu bất kỳ có thể chưa sự pha trộn của
ba màu sơ cấp với một tỷ lệ thích hợp.
Màu sơ cấp thì độc lập với ý nghia là nó không chưa sự pha trộn của hai
màu sơ cấp khác. Một đặc tính khác để chọn màu sơ cấp là nó có thể
trình bày được nhiêu màu khác.
Lý do tại sao ba màu sơ cấp là đủ để trình bày tất cả các màu là do có ba
kiểu bộ tiêp nhận màu trong mắt người. Sự kích thích của ba kiểu bộ tiêp
nhận này sẽ tạo ra cảm giác màu.
Để đặc tả duy nhất một không gian màu bằng ba màu sơ cấp, chúng ta
cần đặc tả độ phối màu (chromaticitie) của các màu sơ cấp và một điểm
tham khảo trắng
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 65
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Quan hê giưa CIE XYZ và các không gian màu khác
Điểm tham khảo trắng có các giá tri R=G=B=Y=1.
Với một điểm màu cu thể các giá tri xr, yr, xg, yg, xb, yb, xn, yn là các hằng
số. Một điểm màu khác sẽ có một tập hằng số khác.
Bốn điểm này (ba điểm toạ độ của ba màu sơ cấp và một điểm tham
khảo trắng) có thể vẽ nên một sơ đồ phối màu.
Color component x y
Red xr yr
Green xg yg
Blue xb yb
White xn yn
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 66
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Quan hê giưa CIE XYZ và
các không gian màu khác
Phạm vi của các màu có
thể được tạo ra từ một tập
hợp của ba màu sơ cấp
RGB trên sơ đồ pha màu
trong một tam giác có ba
đỉnh là toạ độ ba màu sơ
cấp.
Phạm vi này được gọi là
gamus của một không gian
màu.
R
B
G
Reference White
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 67
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Quan hê giưa CIE XYZ và các không gian màu khác
Từ không gian màu XYZ ta có thể đổi sang một không gian màu bất kỳ
khác bằng một phép biên đổi tuyên tính.
Theo đinh luật Grassman ta có:
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 68
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Nhưng không gian màu đông dang
Trong hình ta thấy toạ độ phối màu của G luôn có một khoảng cách vớitoạ độ phối màu của bước sóng 510 nm, Điêu đó cho thấy rằng nhiêumàu không thể được tao ra bằng cách dùng ba màu sơ cấp RGB.
Kêt luận này là sai, bởi vì không gian màu xyY không phải là không gianmàu đồng dạng: Thi giác của con người không đap ưng bằng nhau theokhoảng cách của sơ đồ phối màu.
Trong một không gian màu đồng dạng, khoảng cách trên sơ đồ phối màugần bằng nhau thì sự nhận biêt vê màu sắc là như nhau đối với các màukhác nhau.
Tổ chưc CIE đặc tả hai không gian màu đồng dạng gần bằng nhau:CIEL*u*v* (hay LUV) và CIEL*a*b* (hay LAB).
Những không gian màu đồng dạng thường dùng trong đo lường màu vàphuc hồi hình ảnh màu, theo đó các điểm ảnh có giá tri khác nhau sẽtương ưng với sự nhận biêt màu sắc khác nhau.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 69
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Khác biêt của các biểu diễn màu
Biểu diễn RGB được sử dung trong hầu hêt các hệ thống đa phương tiện.
Hình ảnh số được biểu diễn bởi ba mảng hai chiêu ưng với ba thành phần
màu đỏ, xanh lá, xanh dương.
Nêu tất cả hình ảnh được biểu diễn bằng RGB thì nó được biểu diễn trong
cùng không gian màu và có thể được sử dung và so sánh một cách trực
tiêp bất kể hình ảnh đên từ đâu.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 70
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Khác biêt của các biểu diễn màu
Trong thực tê các giá tri của điểm ảnh trong biểu diễn RGB có thể có ý
nghia khác nhau. Hai nguyên nhân chính của sự khác nhau này là:
Các giá tri hiệu chỉnh gamma có thể khác nhau khi sử dung các thiêt
bi thu hình khác nhau.
Để đặc tả duy nhất một không gian màu, sự phối màu của 3 màu sơ
cấp và tham khảo trắng phải được đặc tả.
Trong thực hành nhiêu không gian màu RGB được sử dung và sự phối
màu của chúng hiêm khi được đặc tả, dẫn đên, chất lượng hiển thi và
hiệu quả phuc hồi hình ảnh kém.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 71
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Hiêu chỉnh gamma
Hiệu chỉnh gamma là một phép tính
phi tuyên dùng để mã hoá và giải mã
độ sáng hoặc độ phối màu của hình
ảnh và video.
Đối với màn hình CRT, cường độ sáng
của màn hình không tuyên tính với
điện thê tín hiệu vào mà theo một
hàm mũ với số mũ [2.2 - 2.5]. Giá tri
số mũ gọi là gamma.
Luminance = (V’)gamma
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 72
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Hiêu chỉnh gamma
Đối với camera, điện thê tín hiệu tạo ra của bộ cảm biên thì tuyên tính với
cường động ánh sáng. Vậy ta có thể biên đổi điện thê ra này thành điện
thê tín hiệu vào của màn hình CRT theo hàm mũ 1/gamma (hiệu chỉnh
gamma).
V’ = (V) 1/gamma
Quá trình thu và phát hình được biên đổi theo các bước sau:
1. Bộ cảm biên của camera biên đổi tuyên tính độ sáng thành điện thê.
2. Hiệu chỉnh gamma chuyển đổi điện thê tuyên tính của camera thành
điện thê phi tuyên bằng hàm mũ 1/gamma
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 73
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Hiêu chỉnh gamma
3. CRT biên đổi điện thê phi tuyên thành
ánh sáng tuyên tính bằng hàm mũ của
gamma.
Toàn bộ quá trình là tuyên tính (hoặc gần
như tuyên tính).
– gamma=1 Cân bằng độ sáng tối.
– gamma>1 Tăng độ sắc nét (sharp)
– gamma<1 Hình ảnh mêm (soft)
gamma < 1
gamma > 1
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 74
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Hiêu chỉnh gamma
Hình ảnh và video màu, các điện thê tuyên tính R, G và B biểu diễn bamàu sơ cấp đỏ, xanh lá và xanh dương được biên đổi thành các điện thêphi tuyên R’, G’ và B’.
Màn hình màu CRT sẽ biên đổi các điện thê R’, G’ và B’ thành các ánhsáng màu tuyên tính đỏ, xanh lá và xanh dương để tái tạo lại màu sắc.
Chú ý rằng R, G và B bình thường có các giá tri nằm trong khoảng [0,1].Nhưng ở dạng số, mỗi thành phần được biểu diễn băng các số nguyênnằm trong khoảng [0,255], như vậy ta có:
R’ = 255 R1/gamma
G’ = 255 G1/gamma
B’ = 255 B1/gamma
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 75
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Hiêu chỉnh gamma
Hằng số 255 trong phương trình trên được thêm vào trong quá trình biênđổi ADC (Analog to Digital Converter). Khi hiển thi nó bi loại bỏ trong quátrình biên đổi DAC (Digital to Analog Converter).
Các giá tri gamma và hiệu chỉnh gamma phu thuộc vào thiêt bi thu nhậnvà hiển thi hình ảnh.
Ví du:
Hai hình ảnh số được thu từ hai camara khác nhau có hai giá tri hiệuchỉnh gamma khác nhau là 1/2.5=0.4 và 1/2.0=0.5 Với một điểm ảnhR’G’B’ có các giá tri (100,200,100). Ta có:
+ 1/gamma =0.4 Điện thê RGB là (0.096, 0.545, 0.096)
+ 1/gamma =0.5 Điện thê RGB là (0.154, 0.615, 0.154)
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 76
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Hiêu chỉnh gamma
Hình ảnh số có nguồn gốc từ các máy quét (scanner)
+ Quét từ film âm bản: gamma =0.6
+ Quét từ ảnh màu: gamma =3.0
Hình ảnh số tạo ra từ máy tính (computer) có giá tri gamma trong khoảng[1.4,2.2]. Một số phần mêm gần đây người dùng có thể đặt các giá trigamma từ 0.5 đên 5
Cần có dang biên đổi chung cho hình ảnh và video
Trong hệ thống đa phương tiện hình ảnh và video được thu nhận từ nhiêu
nguồn khác nhau.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 77
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Cần có dang biên đổi chung cho hình ảnh và video
Để hiển thi hình ảnh đúng với màu sắc của nó khi thu thì các hàm chuyển
đổi các giá tri điểm ảnh màu trên các thiêt bi thu phải phù hợp với thiêt bi
hiển thi.
Các thiêt bi hiển thi sẽ biên đổi các giá tri điểm ảnh bằng chính hàm
chuyển đổi và không gian màu của hình ảnh.
Những dạng chung của tập tin hình ảnh không hỗ trợ các tham số này. Vì
vậy chất lượng hiển thi của hình ảnh được tải vê từ Internet nhìn chung là
thấp.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 78
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Cần có dang biên đổi chung cho hình ảnh và video
Để đạt được chất lương hiển thi, hiệu quả phuc hồi hình ảnh cao và độc
lập với thiêt bi thì dạng chuyển đổi chung của hình ảnh và video cần cung
cấp các thông tin vê hiệu chỉnh gamma và biểu đồ phối màu của không
gian màu được sử dung.
Các đặc tính của thi giác và hiêu quả nén hình ảnh
Mắt người ít nhạy với thành phần màu, vậy có thể giảm bớt dữ liệu để
biểu diễn thành phần màu.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 79
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Các đặc tính của thi giác và hiêu quả nén hình ảnh
Thi giác con người thì không tuyên tính độ sáng, độ nhạy của mắt khoảng1% sự thay đổi cường độ sáng.
Nêu ta số hoá các điện thê tuyên tính một cách trực tiêp, lượng hoáphi tuyên sẽ được dùng để biểu diễn một điểm ảnh với ít bít hơn.
Sau hiệu chỉnh gamma, tín hiệu video không tuyên tính với độ sángcủa hình ảnh.
+ Chúng ta có thể dùng lượng hoá tuyên tính để số hoá hiệu chỉnh gammacủa tín hiệu video.
+ Chúng ta có thể dùng lượng hoá tuyên tính để số hoá hiệu chỉnh gammacủa tín hiệu video.
+ Theo quan điểm này, nêu thiêt bi hiển thi là tuyên tính, chúng ta có thểbiên đổi đồng dạng của hiệu chỉnh gamma để cho lượng hoá tuyên tính đơngiản hơn được sử dung.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 80
Đặc tả kỹ thuật mau sắc
Hệ thống thi giác của con người nhạy hơn với phổ tần số trung bình và ít
nhạy ở các phổ tần số thấp và cao. Chúng ta có thể phân đoạn hình ảnh
vào trong nhiêu khối theo phổ tần số và mã hoá chúng theo cách đó để
thu được hiệu quả nén dữ liệu cao.
Cảm giác con người không đap ưng một cách đồng đêu theo khoảng cách
trong không gian màu RGB. Trong một số ưng dung, một không gian màu
đồng nhất sẽ được sử dung để thông tin quan trọng không bi loại bỏ vì ít
có giá tri.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 81
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Cac đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dich vu truyên thông đa phương tiện
CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH YÊU CẦU CUA DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 82
Cac yêu cầu vê lưu trữ và độ rộng băng tần:
Yêu cầu lưu trữ được tính bằng đơn vi Bytes / Mbytes?
Chúng ta đo yêu cầu lưu trữ bằng đơn vi Bytes / Mbytes cho mỗi ảnh,
nó được tính từ số điểm ảnh của một hàng (H), số hàng trong một
ảnh (V) và số bit cho một điểm ảnh (P) =>Dung lượng = HVP/8.
Ví du: Một ảnh có 480 hàng, 600 điểm mỗi hàng và mỗi điểm ảnh cần
24 bits Ta cần 864.000 bytes cho mỗi ảnh.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 83
Cac yêu cầu vê lưu trữ và độ rộng băng tần
Độ rộng băng tần đo bằng tốc độ bits/s hoặc Mbits/s
Các ảnh đơn thì không cần chiêu thời gian, nêu có yêu cầu thời gian
xác đinh để truyên một ảnh thì yêu cầu băng thông có thể được tính
từ yêu cầu dung lượng lưu trữ.
Ví du: Nêu mỗi ảnh phải được truyên trong 2 giây thi phải cần băng
thông: (864.000x8)/2 = 3.456.000 bits/s = 3,456 Mbits/s
Trong một số ưng dung, hình ảnh phải được hiển thi đồng bộ với một
phương tiện liên tuc khác như âm thanh => Cần yêu cầu vê băng
thông.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 84
Âm thanh và video có thời gianliên tuc, và được mô tả theotốc độ (bits/s / Mbits/s).
Với âm thanh số này đượctính theo tốc độ lấy mẫu vàsố bits cho mỗi mẫu.
Với video tốc độ bít đượctính từ số dữ liệu mỗi ảnhvà số ảnh trong một giây,
Từ bảng mô tả tốc độ bitchúng ta thấy rằng audio vàvideo kỹ thuật số yêu cầu băngthông của mạng tốc độ cao đểtruyên dữ liệu.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
ApplicationData Rate
(kbit/s)
CD-Audio 1.411,2
DAT 1.536
Digital Telephone 64
Digital Audio, Long-play
DAT1.024
Television-quality video 216.000
VHS-quality video 54.000
HDTV 864.000
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 85
Để cất giữ và lấy lại âm thanh và video kỹ thuật số, giá tri tốc độ bit đượcdùng để đặc tả yêu cầu tốc độ chuyển dữ liệu của thiêt bi lưu trữ. Nêubiêt thời gian của âm thanh và video thì có thể tính toán dung lượng lưutrữ.
Yêu cầu dung lượng lưu trữ của audio và video là rất lớn nên phải sửdung các kỹ thuật nén dữ liệu cho các ưng dung đa phương tiện.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
1 TB
1 GB
100 MB
MB10
MB1
7 MB
100 MB
28.8 MB
635 MB
GB24.397 GB
GB389
1 MB
Book page 500
text
100bi-level Images
100color
images
hr 1-phone quality audio
1-hr CD-audio
1-hr VHS quality video
1-hr TV1-hr
HDTV
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 86
Cac yêu cầu vê độ trễ và sự biên thiên của độ trễ
Âm thanh và video kỹ thuật số là phương tiện liên tuc theo thời gian. Đểđạt được chất lượng hợp lý khi phát lại (playback) thì các mẫu của audiovà video phải được nhận và phát lại theo các thời khoảng điêu hoà.
Ví du: Một đoạn âm thanh được lấy mẫu ở 8 KHz, nó phải được phátlại 8,000 mẫu mỗi giây.
Độ trung thực không chỉ phu thuộc vào giá tri các mẫu mà còn phuthuộc vào thời gian phát lại các mẫu.
Độ trễ giữa hai đầu (end-to-end) là tổng tất cả các độ trễ của các thànhphần trong hệ thống đa phương tiện: Thời gian thâm nhập đia, ADC, mãhoá, xử lý, thời gian thâm nhập mạng, truyên dữ liệu, đệm dữ liệu, giảimã và DAC.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 87
Cac yêu cầu vê độ trễ và sự biên thiên của độ trễ
Độ trể chấp nhận được phu thuộc vào từng ưng dung.
Trong đàm thoại độ trễ chấp nhận được từ 0,6–1.8 giây.
Các ưng dung khác nhau sẽ có yêu cầu độ trễ khác nhau, khi cần độtrễ nhỏ, kỹ thuật loại bỏ dữ liệu lập lại được dùng.
Sự thay đổi vê độ trễ trong ưng dung được gọi chung là biên thiên độ trễ(delay jitter). Để phát lại các phương tiện liên tuc, biên thiên độ trể phảigiữ ở mưc rất nhỏ.
Âm thanh chất lượng điện thoại (telephone-quality) và video chấtlương truyên hình (television-quality) yêu cầu biên thiên độ trể nhỏhơn 10 ms.
Giá tri biên thiên độ trể của âm thanh hai chiêu chất lượng cao (high-quality stereo audio) phải nhỏ hơn 1 ms, bởi vì cần sự nhận biêt phânbiệt các hiệu ưng hai chiêu dựa trên độ lệch pha tối thiểu giữa 2 kênhâm thanh.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 88
Cac yêu cầu vê độ trễ và sự biên thiên của độ trễ
Chú ý rằng các yêu cầu vê độ trễ và biên thiên độ trễ phải được bảo đảm
trong suốt phiên truyên thông.
Hiện nay, mạng máy tính, giao thưc vận chuyển, hệ điêu hành, và
thiêt bi lưu trữ thì không cung cấp các đảm bảo này.
Như vậy, hiện nay các máy tính và mạng được cài đặt thông thường
không thể phuc vu cho ưng dung đa phương tiện.
Ta sẽ nghiên cưu các yêu cầu này trong các phần sau.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 89
Cấu trúc ngữ nghia của thông tin đa phương tiện
Trong hệ thống máy tính, âm thanh, hình ảnh và video số là một chuỗicác giá tri được lấy mẫu không có cấu trúc ngữ nghia. Từ các giá tri đượclấy mẫu này nó khó lấy lại thông tin có liên quan một cách tự động.
Quá trình phát triển trong linh vực nhận dạng tiêng nói và thi giác máytính, đối với máy tính điện tử việc hiểu ý nghia và nội dung của âm thanhvà video là không thể trong các ưng dung thông thường sử dung côngnghệ hiện nay.
Thông tin càng ngày càng được thu và lưu trữ dưới dạng âm thanh, hìnhảnh, và video số. Để sử dung đầy đủ các thông tin này, kỹ thuật mớitrong chỉ muc và tìm kiêm dữ liệu âm thanh, hình ảnh, và video phải đượcphát triển. Nghiên cưu mới trong linh vực này gọi là “hệ thống quản trithông tin đa phương tiện”.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 90
Thời gian và không gian trong quan hệ cac phương tiện
Trong xử lý và truyên thông đa phương tiện, nhiêu kiểu phương tiện đượcđưa vào trong cùng một ưng dung hoặc trình diễn. Để đạt được nhữnghiệu quả mong muốn, việc lấy lại và truyên các phương tiện có liên hệnày phải được kêt hợp và trình bày, mà theo đó mối quan hệ vê thời gianphải được duy trì.
Sự xuất hiện đúng thời gian mong muốn của các tiêt muc được gọi làsựđồng bộ hoá (synchronization). Kê hoạch đồng bộ hoá đinh nghia cơchê dùng để đạt được mưc độ yêu cầu của động bộ hoá. Để thực hiệnđồng bộ hoá đa phương tiên ta cần phải:
Phát triển các cơ chê và công cu để có thể đặc tả các yêu cầu quan hệvê thời gian một cách dể dàng.
Đảm bảo mối quan hệ thời gian được đặc tả phải chiên thắng tính bấtđinh tự nhiên của hệ thống truyên thông.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 91
Khả năng chiu lỗi và mất trong dữ liệu đa phương tiện
Đặc tính của dữ liệu đa phương tiện nêu trên, tất cả là “tin tưc xấu”: Nóđặt ra nhiêu yêu cầu nghiêm ngặt cho thao tác của các hệ thống máytính, hơn là dữ liệu chữ số truyên thống.
Ở đây có một bit “tin tưc tốt”: Ta có thể chiu một số lỗi/mất trong dữ liệuâm thanh và video số. Bit bi lỗi/mất không là tai hoạ vì trên thực tê trongdữ liệu âm thanh và video chúng ta vẫn có thể nhận biêt được nó khi bimột số ít bit bi lỗi/mất.
Với tiêng nói, có thể chiu được một tỷ lệ lỗi 10-2.
Với hình ảnh và video, có thể chiu được một tỉ lệ 10-3 - 10-6.
Một thông số đo lường lỗi khác là tỷ lệ mất gói (packet loss rate). Yêu cầucho tỷ lệ mất gói thì nghiêm khắc hơn tỷ lệ bit lỗi, vì một gói bi mất có thểảnh hưởng đên giải mã hình ảnh.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 92
Khả năng chiu lỗi và mất trong dữ liệu đa phương tiện
Khi các kỹ thuật nén được sử dung bit lỗi sẽ phải thấp hơn bởi vì một bit
lỗi có thể là nguyên nhân của giải nén lổi của nhiêu bit. Kỹ thuật che dấu
lỗi có thể được dùng để cải thiện chất lượng âm thanh và video.
Cac đặc tinh chinh va yêu cầu của thông tin đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 93
Khai quat cac thiêt bi đa phương tiện
Biểu diễn âm thanh số
Hệ thống video tương tự
Biểu diễn hình ảnh và video số
Đặc tả kỹ thuật màu sắc
Cac đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện
Chất lượng của dich vu truyên thông đa phương tiện
CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH YÊU CẦU CUA DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 94
Chất lượng của dich vu truyền thông đa phương tiên
ƯNG dông
- HÖ thèng
- TÝnh to¸n
- Dµnh tµi nguyªn
- LËp lÞch
Yªu cÇu
ĐAM BAO
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 95
Dữ liệu đa phương tiện bắt buộc thoả mản các yêu cầu nghiêm khắc tronghệ thống đa phương tiện như: độ rộng băng tần cao, không gian lưu trữlớn, tốc độ truyên cao, giới hạn vê độ trể và biên thiên độ trể và sự đồngbộ hoá giữa không gian và thời gian.
Phương tiện và ưng dung khác nhau có yêu cầu khác nhau.
Các yêu cầu phải được thoả mãn trong toàn bộ phiên truyên thông / trìnhdiễn thông qua các thành phần của hệ thống.
Để cung cấp một cơ cấu tổ chưc đồng nhất, chỉ rõ và bảo đảm các yêu cầukhác nhau, một khái niệm gọi là “chất lượng dich vu” (QoS: Quality ofservice) đã được đưa ra.
QoS là một tập hợp các tham số yêu cầu. Nó không phải là tập hợp cáctham số được chấp nhận thông thường. Các tham số yêu cầu chung baogồm các yêu cầu được đê cập ở trên.
Các thông số này được đinh rõ trong hai cấp: Chất lượng thích hợp vàchất lượng có thể chấp nhận được
Chất lượng của dich vu truyền thông đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 96
QoS là phiên giao tiêp được thoả thuận, và chấp nhận trong các ưng dungđa phương tiện, và hệ thống đa phương tiện (nhà cung cấp dich vu).
Khi một ưng dung cần bắt đầu phiên làm việc, nó đưa ra một đê nghi yêucầu QoS đên hệ thống.
Hệ thống sẽ từ chối hoặc chấp nhận đê nghi, hoặc chấp nhận với một sốthoả thuận thấp hơn các yêu cầu của ưng dung.
Khi hệ thống chấp nhận đê nghi, một giao tiêp giữa hệ thống và ưngdung được báo hiệu và hệ thống sẽ cung cấp QoS được yêu cầu.
Sự đảm bảo này có thể ở một trong ba dạng:
Hard: Thoả mãn hoàn toàn yêu cầu QoS.
Soft: Cung cấp một bảo đảm với một khả năng (xác suất) P.
Best effort: Không đảm bảo cho tất cả, hệ thống sẽ thực hiện với hêtkhả năng của nó.
Chất lượng của dich vu truyền thông đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 97
Sự bảo đảm phải bắt buộc với hai đầu hoặc hệ thống diện rộng. Hệ thốngđa phương tiện điển hình gồm ba phần: Máy tính điện tử, hệ thống tập tin,hệ thống vận chuyển hoặc truyên thông (bao gồm giao thưc vận chuyển vàphần dưới của kiên trúc mạng).
QoS chỉ có thể được đảm bảo khi yêu cầu các tài nguyên hệ thống đượcquản lý một cách đúng đắn.
Các tài nguyên hệ thống bao gồm: CPU, bộ nhớ, độ rộng băng tần,.… Mỗithành phần của hệ thống có một bộ phận quản lý tài nguyên, nó giám sátcác tài nguyên đang dùng và có sẳn.
Khi nhận được yêu cầu của một phiên làm việc mới, nó sẽ làm một kiểmtra chấp nhận (admission test).
Nêu các tài nguyên có sẳn đủ hỗ trợ yêu cầu mới, và không cản trở cácphiên làm viêc hiện tại, nó sẽ được đưa vào.
Chất lượng của dich vu truyền thông đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 98
Nói cách khác, một tập hợp mới các tham số QoS được đê nghi đên ưngdung, trên cơ sở các tài nguyên sẳn dùng.
+ Nêu đê nghi được chấp nhận, phiên làm việc mới bắt đầu.
+ Tất cả các trường hợp khác, phiên làm việc mới bi từ chối.
Nghiên cưu QoS vẫn còn là rất mới, và nhiêu nghiên cưu đang được tiênhành. Ví du như:
Làm sao để biên đổi các tham số QoS thành các yêu cầu tài nguyên.
Làm sao để xây dựng kê hoạch của các phiên làm việc, khi có nhiêuphiên làm việc có thể được hỗ trợ bởi một số cố đinh các tài nguyên.
…
Bản chất của truyên thông đa phương tiện là sự bảo đảm chất lượng dichvu của các ưng dung đa phương tiện, trong khi vẫn sử dung tài nguyênhệ thống một cách hiệu quả.
Chất lượng của dich vu truyền thông đa phương tiên
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 99
1. Đinh nghia âm thanh và mô tả các đặc tính kỹ thuật chính của nó.
2. Một vài ưng dung âm thanh, yêu cầu chất lượng âm thanh theo thuật ngữ
hệ số nhiễu tín hiệu (signal-to-noise ratio) là 54 dB. Cần bao nhiêu bit để
biểu diễn cho mỗi mẫu để đap ưng chất lượng âm thanh được yêu cầu ?
3. Chất lượng âm thanh Compact Disk, chúng ta cần thu tất cả âm thanh
nghe được và SNR 96dB. Nó có 2 kênh để cung cấp hiệu ưng stereo. Liệt kê
và giải thích tốc độ lấy mẫu được yêu cầu. Nêu ta cần lưu trữ 2 giờ của âm
thanh này, xác đinh yêu cầu dung lượng lưu trữ.
4. Giải thích ý nghia của tốc độ frame và độ phân giải hàng ngang của một
hệ thống video.
CÂU HỎI BÀI TẬP
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 100
6. Trong quá trình biên đổi video tương tự sang video số. Xác đinh tốc độ lấy
mẫu và các mưc lượng hoá như thê nào ?
7. Hiệu ưng răng cưa và nguyên nhân của nó là gì ? Mô tả hình ảnh của hiệu
ưng răng của trong video số.
8. 460 mưc lượng giá được yêu cầu để bao hàm khoảng nhìn từ 1 đên 100
với độ nhạy tương phản 1% khi phương pháp lương hoá phi tuyên được
dùng. Bao nhiêu bước lượng hoá được yêu cầu khi sử dung phương pháp
lượng hoá tuyên tính.
9. Âm thanh số, hình ảnh số, video số là gì ?
CÂU HỎI BÀI TẬP
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 101
Đinh nghia cac đặc điểm của hệ thống đa phương tiện là sử dung âm thanh và video số.
Âm thanh và video số thì liên tuc theo thời gian, nghia là nó được truyên và trình bày theo một tốc độ mẫu cố đinh.
Ngoài sự nghiêm ngặt theo thời gian, nó còn yêu cầu số lượng lưu trữ lớn và độ rộng băng tần truyên thông tin cao.
Âm thanh và video số là cac chuỗi dữ liệu nhi phân, do đó khó nhận biêt và tìm kiêm cac thông tin có liên quan.
Đối với hình ảnh và video số, cac gia tri mẫu biểu diễn màu tương ưng của điểm ảnh.
Có rất nhiêu kiểu chuân, và thiêt bi vào ra của hình ảnh, nó sử dung cac biểu diễn màu khac nhau.
Để đạt được chất lượng hiển thi cao, tỷ lệ nen dữ liệu cao, hiệu quả tìm kiêm dữ liệu cao, điểm ảnh màu phải được đặc tả bằng công cu độc lập.
TÓM LƯỢC BÀI HỌC
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 102
Hệ thống xử lý và truyên thông đa phương tiện phải hỗ trợ và cung cấp
Nén dữ liệu để giảm thiểu cac yêu cầu vê không gian lưu trữ và độ rộng băng tần tryên thông.
Hệ điêu hành đa phương tiện, giao thưc vận chuyển, kê hoạch làm việc của đia sẽ cung cấp đảm bảo vê độ trể và biên thiên độ trể thích hợp.
Trạm làm việc hiệu quả cao, mạng tốc độ cao để vận hành trên tốc độ bit cao với sự ràng buộc khắc khe của thời gian.
Sự đồng bộ hoa phương tiện để giử mối quan hệ giữa không gian và thời gian trong cac phương tiện có liên quan.
Cơ chê tìm kiêm hiệu quả cao có khả năng tìm kiêm âm thanh, hình ảnh, video có liên quan một cach nhanh chóng trong trả lời cac truy vấn của người dùng.
Đặc tả chất lương dich vu và cac cơ chê bảo đảm.
TÓM LƯỢC BÀI HỌC
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 103
References
Môt sô nôi dung môn hoc được tham khảo từ:
Jerry D. Gibson, Multimedia Communications, Academic Press, 2001.
Bài giảng Truyên thông đa phương tiện, ĐH Cần Thơ.
Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 104
Câu hỏi ?
Ý kiên ?
Đề xuất ?