LỜi cảM Ơn trên con đường thành công không bao giờ vắng bóng của những người thầy đầy nhiệt huyết, sự giúp đỡ của bạn bè và đặc biệt đó là niềm tin của gia đình



tải về 3.2 Mb.
trang1/15
Chuyển đổi dữ liệu31.12.2017
Kích3.2 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15
LỜI CẢM ƠN

Trên con đường thành công không bao giờ vắng bóng của những người thầy đầy nhiệt huyết, sự giúp đỡ của bạn bè và đặc biệt đó là niềm tin của gia đình. Trong suốt những năm ngồi trên giảng đường đại học vừa qua, em đã nhận được rất nhiều những kiến thức bổ ích như là hành trang để em bước vào đời.

 Để hoàn thành đồ án này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS. Nguyễn Đình Thạch, đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình viết đồ án tốt nghiệp.

Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong trong tổ môn “Điện tử viễn thông” khoa Điện-Điện Tử Tàu Biển- Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, đã tận tình truyền đạt kiến thức trong những năm em học tập. Với vốn kiến thức còn hạn chế không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn.


Hải Phòng, ngày 21 tháng 12 năm 2015

Sinh viên thực hiện



Phạm Thị Quyên
 
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn khoa học của thầy giáo ThS. Nguyễn Đình Thạch. Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ hình thức nào trước đây. Ngoài ra, trong đồ án có những thông tin trích dẫn đều được ghi rõ nguồn gốc .Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Quyên

Mục Lục

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT v

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH 3D 2



1.1Giới thiệu về truyền hình 3D 2

1.1.1Khái niệm và bản chất 2

1.1.2Tiêu chuẩn sản xuất và hiển thị 4

1.1.3Các thế hệ của công nghệ truyền hình 3D 5

1.1.4 Phân loại màn hình 3D 5

1.2Khái quát kỹ thuật lập thể 6

1.3Nguyên tắc tạo hình ảnh trong truyền hình 3D 8

1.3.1 Thiết bị hộ trợ hiển thị 3D 8

1.3.2Hiển thị 3D không sử dụng các thiết bị hỗ trợ 10

1.4Cơ chế truyền dẫn tín hiệu truyền hình 3D 17

1.5Tái tạo tín hiệu truyền hình 3D 19

1.6 Biểu diễn hình ảnh 3DTV 19

1.6.1 Nén không gian 19

1.6.2 Ghép kênh theo thời gian 20

1.6.3 2D kết hợp với siêu dữ liệu (2D + M) 20

1.6.4 Gửi tín hiệu mã hóa màu 20

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT NÉN HÌNH ẢNH 3D SỬ DỤNG BỘ GHÉP DPCM/DCT 21

2.1 Mô hình hệ thống nén chung 21

2.2 Phân loại kỹ thuật nén 22

2.2.1 Dự đoán tuyến tính (DPCM- Differential Pulse Code Modulation) 23

2.2.2 Biến đổi cosin rời rạc ( DCT) 23

2.2.3 Mã hoá chạy dài RLC (Run Length Coding) 23

2.2.4 Mã hoá độ dài thay đổi VLC (Variable Length Coding) 24

2.3 Nén dữ liệu sử dụng phương pháp điều chế xung mã vi sai DPCM 24

2.3.1 Xử lý giải tương quan trong công nghệ DPCM 24

2.3.2 Kỹ thuật tạo dự đoán 25

2.4 Nén dữ liệu sử dụng biến đổi cosin rời rạc DCT 27

2.5 Kỹ thuật nén hình ảnh 3D sử dụng bộ ghép DPCM/DCT 30

2.5.1 Lập sơ đồ mã hóa ghép DPCM/DCT 31

2.5.2 Tạo lập bản đồ cho kỹ thuật nén hình ảnh ba chiều 32

2.5.3 Giải tương quan Inter-band 32

2.5.4 Giải tương quan intra-band 34

2.6 Lập sơ đồ lượng tử hóa của dữ liệu hình ảnh 36

2.6.1 Lựa chọn bảng lượng tử 36

2.6.2 Thay đổi giải tương quan dữ liệu hình ảnh 37

2.7 Mã hóa Entropy của các hệ số lượng tử hóa hình ảnh phụ 39

2.8 Nâng cao để giảm sự tương quan theo chiều dọc Intra-band 41

CHƯƠNG III: KỸ THUẬT NÉN HÌNH ẢNH 3D THEO TIÊU CHUẨN H246/AVC 44

3.3.1Sự phân hình ảnh trong macroblocks và slices 45

3.3.3.1Lớp mã hóa Video (VCL-Video coding layer) 50

3.3.3.2Lớp mạng trừu tượng mạng (Networl Abstraction Layer – NAL) 50

3.4.2 Bù chuyển động trong slice P 52

3.4.3Bù chuyển động trong slices B 54

3.5.1Mã hóa entropy 55

3.5.2Bộ lọc tách khối trong vòng (IN-LOOP DEBLOCKING FILTER) 56

3. 6 Ứng dụng 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59




DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT


3D

Three-Dimensional

ITU

International Telecommunication Union

HDTV

High definition television

DFT

Discrete Fourier transform

DCT

Discrete Cosine Transform

FDCT

Forward Discrete Cosine Transformation

IDCT

Inverse discrete cosine transform

VLC

Variable Length Coding

RLC

Run Length Coding

PCM

Pulse code modula

DPCM

Differential pulse code modula

DC

Direct Current

AC

Alternating current

EOB

End of subimage block

JPEG

Joint Photographic Experts Group

AVC

Advanced Video Coding

ITU-T

International Telecommunication Union – Telecommunication

SD

Standard Definition

HD

High definition

VCEG

Video Coding Experts Group

MPEG

Moving Picture Experts Group

MVC

Multiview video coding

NAL

Network Abstraction Layer

VCL

Video coding layer

IDR

Instantaneous decoding refresh

CAVLC

Context-based adaptive variable-length coding

CABAC

Context-based adaptive binary arithmetic coding

MB

Macroblock

P

Predictive

B

Bi-predictive

SP

Switching Predictive

SI

Switching Intra

I

Intra

ME

Motion estimation

MC

Motion compensated

DANH MỤC CÁC HÌNH




Hình 1.1

Mô tả sự tạo thành hình ảnh 3D

3

Hình 1.2

Hiển thị truyền hình 3D sử dụng kính

7

Hình 1.3

Biểu diễn các loại kính hiển thị

8

Hình 1.4

Hình ảnh mô tả hiển thị ghép màu

8

Hình 1.5

Kính phân cực giống loại kính râm thông thường

9

Hình 1.6

Phương pháp hoạt động rào cản thị sai –công nghệ hiển thị autostereoscopic 3D

11

Hình 1.7

Phương pháp hoạt động của ống kính dạng thấu kính- công nghệ hiển thị autostereoscopic 3D

12

Hình 1.8

Biểu diễn các nguyên tắc hiển thị lập thể đa điểm

13

Hình 1.9

Cho thấy một màn hình hiển thị hai điểm tạo ra nhiều vùng xem

14

Hình 1.10

Biểu diễn thay đổi các vùng nhìn khi như người xem di chuyển đầu của họ

15

Hình 1.11

Biểu diễn 4 điểm hiển thị autostereo với 3 thùy

16

Hình 1.12

Biểu diễn 16 điểm hiển thị autostereo với một thùy duy nhất, với nhiều người sử dụng

16

Hình 1.13

Chu trình phát sóng truyền hình 3D

18

Hình 2.1

Mô hình chung của một hệ thống nén video

21

Hình 2.2

Cấu trúc mã hóa và giải mã DPCM

24

Hình 2.3

Sơ đồ cấu trúc mã hóa và giải mã DPCM có bộ dự đoán

26

Hình 2.4

Minh họa quá trình mã hóa DCT một chiều

28

Hình 2.5

Quá trình mã hóa DCT hai chiều

29

Hình 2.6

Khối DCT ba chiều

30

Hình 2.7

Sơ đồ mã hóa video dựa trên cơ sở ghép DPCM/DCT

31

Hình 2.8

Dự đoán tuyến tính cho giải tương quan giữa các hình ảnh trong miền không gian

34

Hình 2.9

Độ lệch chuẩn trung bình của giải tương quan hệ số hình ảnh phụ trong phương pháp ghép DPCM / DCT

37

Hình 2.10

Sơ đồ quét quét zig zag

39

Hình 2.11

Quá trình quét các hệ số DCT sử dụng mã RLC để mã hóa tín hiệu

40

Hình 2.12

Kế hoạch nén hình ảnh 3D tích hợp dựa trên cơ sở ghép DPCM/DCT

41

Hình 2.13

Thay đổi mã hóa ghép DPCM / DCT để cải thiện giảm sự tương quan intra-band theo chiều dọc

42

Hình 2.14

Quá trình quét zig zag với 63 hệ số AC

42

Hình 3.1

Cấu trúc dòng video H264/AVC

45

Hình 3.2

Mã hóa H264/MPEG-4 AVC

46

Hình 3.3

Mô tả một khối NAL với phần payload nội dung video

49

Hình 3.4

Nguyên lý bù chuyển động

50

Hình 3.5

Phân vùng của một macroblock (trên) và sub-macroblock (dưới) để dự đoán bù chuyển động

51

Hình 3. 6

Bù chuyển động đa khung, ngoài các vector chuyển động thông số tham khảo hình ảnh (D) cũng được truyền đi

52

Hình 3.7

Bù chuyển động trong slice B

53

Hình 3.8

Sử dụng bộ lọc tách khối với hình nén hình ảnh. Hình ảnh bên trái không sử dụng bộ lọc tách khối, hình ảnh bên phải sử dụng bộ lọc tách khối

55

LỜI MỞ ĐẦU


Ngày nay sự phát triển của khoa học kỹ thuật kéo theo nhu cầu của con người ngày càng cao. Và một trong số những nhu cầu thiết yếu đó là giải trí truyền hình. Trong thời gian gần đây, truyền hình 3D nổi lên như một xu hướng mới của thời đại, người ta cho rằng truyền hình 3D giúp con người trải nghiệm những góc nhìn khác nhau, những cảm xúc mới mà hai góc nhìn bình thường không thể đáp ứng được. Kể từ sau khi bộ phim 3D Avatar ra mắt tại rạp Vincom Hà Nội, 3D đã trở thành hướng đi quan trọng nhất của công nghệ điện ảnh. Và chúng ta có thể tự hỏi: Khi nào thì khán giả truyền hình có thể xem các chương trình 3D qua màn ảnh truyền hình? .Để giải đáp câu hỏi này em xin chọn đề tài: “Nghiên cứu về một số chuẩn nén sử dụng trong hệ thống truyền hình 3D “. Nhằm đánh giá khả năng phát triển cùng với các kỹ thuật truyền hình ảnh của công nghệ 3D hiện nay. Phần nội dung đồ án được phân bố thành 3 chương như sau:

  • CHƯƠNG I: Tổng quan về truyền hình 3D

  • CHƯƠNG II: Kỹ thuật nén hình ảnh 3D sử dụng bộ ghép DPCM/DCT

  • CHƯƠNG III: Kỹ thuật nén hình ảnh 3D theo tiêu chuẩn H246/AVC

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của thầy, cô để em rút kinh nghiệm và bổ sung kiến thức cho sau này. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo Nguyễn Đình Thạch đã tạo mọi điều kiện và hướng dẫn tận tình em trong suốt thời gian em làm đồ án. Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong tổ môn “Điện tử viễn thông” khoa điện-điện tử tàu biển trường đại học Hàng Hải đã tạo mọi điều kiện để em có thể làm được đồ án này.

Em xin chân thành cám ơn.!



Hải Phòng. Ngày 21 tháng 11 năm 2015.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH 3D

    1. Giới thiệu về truyền hình 3D

      1. Khái niệm và bản chất


  1. Khái niệm

Công nghệ truyền hình 3D có đến hơn 100 năm lịch sử, với những ý tưởng đầu tiên về ứng dụng hình ảnh lập thể của một nhiếp ảnh gia người Anh từ những năm 1890. Nhưng đến khi bộ phim bom tấn 3D Avatar được trình chiếu năm 2009 thì truyền hình 3D mới trở thành  nàn sóng mới của công nghệ truyền hình trên thế giới. Có thể thấy chất lượng của truyền hình 3D ở một tầm cao mới so với truyền hình 2D truyền thống. Truyền hình công nghệ 3D hiện nay tập trung vào bốn lĩnh vực trọng điểm: âm nhạc, thể thao, nghệ thuật và điện ảnh. Hiện nay có rất nhiều các chương trình truyền hình như: phim truyện, phim hoạt hình, du lịch,...đều thử nghiệm trên phiên bản 3D. Sự kiện đánh dấu cho sự bùng nổ của truyền hình 3D chắc chắn phải nhắc đến sự kiện World Cup 2010, ở thời điểm đó rất nhiều khán giả ở các quốc gia trên thế giới đã được chiêm nghưỡng với những trận cầu đỉnh cao được tường thuật trực tiếp với công nghệ mới này.

So với công nghệ 2D chỉ cho hình ảnh hai chiều là chiều rộng và chiều cao, còn công nghệ 3D sẽ dựa vào đặc điểm cảm nhận của của mắt và não người để tạo ra hiệu ứng cho chiều sâu của ảnh. Công nghệ 3D tạo cho người xem cảm giác về một thế giới thực trong các chương trình trên truyền hình như các kênh giải trí, phim truyện,…. Cùng một nội dung nhưng truyền hình 3D sẽ phát một cách đồng thời và phát làm hai hình ảnh của một cảnh, khi đó mắt phải sẽ nhận một hình ảnh, còn mắt trái sẽ nhận hình ảnh còn lại . Khi xem truyền hình 3D yêu cầu sử dụng kính đặc dụng, khi đó hình ảnh từ hai mắt nhận được sẽ sắp xếp khít vào nhau tạo cho người xem cảm nhận về hiệu ứng 3D. Hiệu ứng này còn được gọi là ảo giác lập thể.

Theo Liên minh viễn thống Quốc tế (ITU), truyền hình 3D là hệ thống tạo độ sâu của ảnh giống như cảnh thực tế mà chúng ta cảm nhận trong thế gới thực.

  1. Bản chất của công nghệ 3D



Hình 1.1: Mô tả sự tạo thành hình ảnh 3D

Trong một khoảng không gian nhất định khoảng cách trung bình của hai mắt người là 6,25 cm. Và do hai góc nhìn của hai mắt là khác nhau nên khi hai mắt người cùng nhìn vào một vật thể thì hình ảnh mà hai mắt cảm nhận được sẽ khác nhau. Và bộ não con người giống như bộ xử lý ảnh đặc biệt, nó sẽ kết hợp cả hai hình ảnh nhận từ hai mắt để tạo hiệu ứng 3D sống động.

Khi nhắc đến truyền hình 3D người ta nghĩ ngay đến truyền hình độ nét cao, đa màu sắc và có ba chiều không gian. Công nghệ truyền hình 3D hiện nay khác với công nghệ truyền hình đời cũ (anaglyph). Công nghệ cũ sử dụng cặp kính lọc màu với màu đỏ và màu xanh cho mỗi bên mắt, như vậy chất lượng ảnh sẽ kém hơn. Nhưng với công nghệ đời mới hiện nay sử dụng kỹ thuật hiển thị mới đó là sử dụng mắt kính co cấu tạo bằng tinh thể lỏng sẽ cho chất lượng ảnh cao hơn.

      1. Tiêu chuẩn sản xuất và hiển thị


Hiện nay rất nhiều viện nghiên cứu và nhiều tập đoàn trên toàn thế giới đang đặt trọng tâm trong cải tiến truyền hình 3D và đưa tới các gia đình, thông qua các nền tảng khác nhau. Sự phát triển công nghệ 3D tập trung vào một trong ba lĩnh vực: sản xuất nội dung, truyền dẫn và hiển thị. Sản xuất truyền hình 3D dựa trên nền tảng khác nhau như điện ảnh, truyền hình, điện thoại di động vv....3D đề cập đến các đối tượng được biểu diễn trực quan trên giấy, phim hoặc trên màn hình trong ba mặt phẳng (X, Y và Z) , và truyền hình 3D là một điểm đến của hệ thống phát sóng thông tin 3D sử dụng để hiển thị, có khả năng cung cấp hiệu ứng 3D chất lượng cao cho người xem. Các công nghệ cơ bản của truyền hình 3D là một phần mở rộng của khoa học thị giác, khái niệm như tầm nhìn nổi, thị sai phân cực,....Tuy nhiên nghiên cứu liên tục đã cho ra đời một loạt các sản phẩm tương ứng với các nền tảng khác nhau dưới sự kích hoạt 3D. Công nghệ 3D là hoàn toàn dựa trên việc sản xuất, thu nhận và cảm nhận hình ảnh dựa trên khả năng nhạy cảm ánh sáng của mắt người. Sự phát triển công nghệ 3D dựa trên các phương pháp mã hóa, nén, truyền tải và hiển thị, bao gồm các nguyên tắc và khái niệm thuật toán đã tạo ra một xu hướng mới cho sự phát triển hơn nữa của công nghệ truyền hình 3D, với mong muốn giải trí và nhu cầu cải thiện thông tin liên lạc ngày càng tăng cao.

Ngày nay, thời đại của công nghệ truyền thông và phát thanh truyền hình nó đòi hỏi có một công nghệ mới để thúc đẩy sự phát triển của công nghệ truyền hình đạt tới đỉnh cao, phạm vi tồn tại lớn trong ngành công nghệ giải trí và sự ra đời của công nghệ truyền hình 3D đã chứng minh điều đó.


      1. Các thế hệ của công nghệ truyền hình 3D


Hệ thống thu nhận hình ảnh cho mắt trái và mắt phải hiện nay của truyền hình 3D là thế hệ truyền hình 3D thứ nhất. Hệ thống truyền hình 3D thế hệ thứ hai và thứ ba trong vài năm trở lại đây đang được nghiên cứu và phát triển, nhưng để phát triển hai thế hệ này thì nó sẽ là cả một quá trình lâu dài trong tương lai. Hệ thống truyền hình 3D thế hệ thứ hai là hệ thống lập thể tự động, thế hệ thứ ba là hệ thống lập thể. Còn theo tiêu chuẩn truyền hình hiện nay tập trung vào công nghệ truyền hình 3D thế hệ thứ nhất.

Thế hệ truyền hình 3D thứ nhất: Bản chất của giai đoạn này là sự kết hợp của hai hình ảnh mắt trái và mắt phải, và dựa trên các góc độ quan sát khác nhau mà mỗi mắt cảm nhận được, sau đó hai hình ảnh này được bộ não xử lý và phân tích tạo nên chiều sâu của cảnh và để cảm thụ được hình ảnh mà truyền hình muốn gửi tới người xem thì người xem phải dùng kính 3D chuyên dụng.

Thế hệ truyền hình 3D thứ hai: Truyền hình 3D hỗ trợ màn hình phẳng-stereoscopic là lập thể tự động ( nó không yêu cầu sử dụng kính). Hệ thống này có những hạn chế về vị trí xem và độ phân giải, nhưng thế hệ truyền hình này đã trở nên rất phổ biến trong thị trường tiêu dùng.

Thế hệ truyền hình 3D thứ ba :Trong giai đoạn này ghi toàn bộ sóng đối tượng hoặc trường ánh sáng, sẽ cho hình ảnh sống động, chân thực. Nhưng theo các nhà nghiên cứu cũng phải mất rất nhiều thời gian nữa thì hệ thống này mới có thể phát triển.


1.1.4 Phân loại màn hình 3D


Để truyền dẫn tín hiệu, các nội dung 3D được giải mã và truyền dẫn thông qua truyền hình, điện thoại di động hoặc máy tính. Có hai cách hiển thị ảnh cơ bản được sử dụng phổ biến hiện nay để hiển thị ảnh trên truyền hình 3D đó là hiển thị 3D với sự hỗ trợ của kính chuyên dụng và không có sự hỗ trợ của kính chuyên dụng .

• Hệ thống công nghệ lập thể : Hệ thống này sử dụng cặp kính chuyên dụng để hỗ trợ, các hình ảnh thu nhận từ camera sẽ chiếu lên màn hình, lúc đó mắt trái và mắt phải sẽ cảm nhận hình ảnh do sử dụng cặp kính. Các cặp kính này làm việc đồng bộ với màn hình để thu nhận hình ảnh đưa tới hai mắt. Hệ thống lập thể chia làm hai loại: Kính thụ động (kính phân cực) và kính tích cực (kính cửa chập).


• Hệ thống auto-stereoscopic : gồm các loại như màn hình dạng thấu kính, rào cản thị sai,...
• Các hệ thống khác: Dùng giản đồ giao thoa sóng ánh sáng để điều chế ánh sáng không gian.



  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   15


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©hocday.com 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương