PowerPoint Presentation

Bản ghi

1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN (Multimedia Communication) Giảng viên: Ths. Trâ n Đă c Tô t Khoa CNTT tottd@cntp.edu.vn Website: Facebook: Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 1

2 MÔN HỌC: TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN Chương 1: Tổng quan truyê n thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính, yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện Chương 3: Ca c chuâ n ne n dữ liệu đa phương tiện Chương 4: Truyê n dữ liệu đa phương tiện Chương 5: Ca c ư ng du ng truyê n thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 2

3 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH, YÊU CẦU CU A DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Kha i qua t ca c thiê t 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 di ch vu truyê n thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 3

4 MỤC ĐÍCH YÊU CẦU Mu c đích: Giới thiệu ca c thiê t 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, ư ng du ng và phân loại các hệ thống đa phương tiện (Multimedia system). Yêu cầu: Sinh viên nắm vững ca c kha i niệm cơ bản vê Thiê t 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. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 4

5 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH, YÊU CẦU CU A DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Kha i qua t ca c thiê t 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 di ch vu truyê n thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 5

6 Kha i qua t ca c thiê t bi đa phương tiê n Thiê t bi lưu trư sô liê u Ca c loại đi a CD/DVD HDD Thiê t bi tương ta c CD-I, DVI Thiê t bi ngoa i vi va card mơ rô ng Graphic Video Sound Thiê t bi đô ng bô Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 6

7 Kha i qua t ca c thiê t bi đa phương tiê n Thiê t bi ti n hiê u liên tu c (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 7

8 Thiê t bi sô Kha i qua t ca c thiê t bi đa phương tiê n 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 Audio digitizer Audio Digital-to-Analog Converter Digital video effects device Digital audio effects device Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 8

9 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH, YÊU CẦU CU A DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Kha i qua t ca c thiê t 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 di ch vu truyê n thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 9

10 Biểu diễn âm thanh sô Đặc tính cơ bản của tín hiê u âm thanh Âm thanh là các dao động cơ học của các phân tử không khí và lan truyê n trong không khí, va đập vào màng nhi, làm rung màng nhi và kích thích bộ não. Âm thanh, giống như nhiê u sóng, được đặc trưng bởi tần số, biên độ và vận tốc lan truyê n (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 đê n khoảng 20 KHz. Biên độ âm thanh thay đổi rất lớn (ở tần số 1 KHz): Từ dyne/cm 2 đê n x 10 6 dyne/cm 2. db= 20log 10 (X/Y) Cận dưới: 0 db ~ dyne/cm 2 Cận trên: 100dB 120dB Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 10

11 Biểu diễn sô của âm thanh Biểu diễn âm thanh sô Sóng âm liên tu c sẽ được biê n đổi thành tín hiệu điện liên tu c nhờ microphone. Tín hiệu điện này đo bằng volt, ta gọi là tín hiệu tương tự (analog signal). Để máy tính có thể xử lý và truyê n tín hiệu âm thanh, tín hiệu điện liên tu c phải được biê n đổi thành tín hiệu số (digital signal). Ba giai đoạn trong biê n 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 11

12 Biểu diễn âm thanh sô Chuô i gia tri sô ho a 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 12

13 Biểu diễn âm thanh sô Lấy mẫu: Sự biê n đổi thời gian liên tu c thành các giá tri rời ra c được go i là lấy mẫu (sampling) Tru c thời gian được chia thành những khoảng cố đi nh, giá tri của biên độ tín hiệu được đọc tại thời điểm bắt đầu của thời khoảng. Thời khoảng này được xác đi nh 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 ư ng với một giá tri của biên độ; Ta có một dãy nhiê u giá tri liên tu c, 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 13

14 Biểu diễn âm thanh sô Lượng hoá: Sự biê n đổi các giá tri mẫu liên tu c 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 đi nh 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 nhiê u giá tri và được gán một giá tri duy nhất (số nguyên từ 0 đê n 7). Ví du : Trong hình 2.1 (c) hai thời khoản cuối cùng đê u 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 14

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 mư c lượng hoá được dùng. Các mư c được mã hoá bằng 3 bit trong hệ thống số nhi phân. Nê u tốc độ lấy mẫu và số mư c lượng hoá đủ lớn thì tín hiệu số được biểu diễn bằng đường bao tín hiệu góc. Khi cần tái tạo tín hiệu tương tự từ dữ liệu số, một bộ chuyển đổi từ số sang tương tự (DAC: Digital to Analog Converter) được sử du ng. Các giá tri lượng hoá được xác đi nh trên cơ sở số mư c lượng hoá. Các tín hiệu này đi qua bộ lọc thấp qua (low-pass filter) để tái tạo gần đúng tín hiệu góc. Nguyên lý của ADC và DAC đã mô tả cũng được áp du ng cho video và các tín hiệu khác. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 15

16 Biểu diễn sô của âm thanh Biểu diễn âm thanh sô Chuỗi gia tri số(a) Bước tính hiệu(b) Tín hiệu góc được phu c 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 16

17 Biểu diễn âm thanh sô Trong quá trình biê n đổi ADC quan trọng nhất là chọn tốc độ lấy mẫu và số mư c lượng hoá, trong các loại tín hiệu tương tự khác nhau và trong các ư ng du ng khác nhau. Xác đi nh tô c đô lấy mẫu: Tốc độ lấy mẫu phu thuộc vào tần số của tín hiệu tương tự mà ta muốn biê n đổi. Theo lý thuyê t Nyquist, nê u một tín hiệu tương tự có tần số f thì tần số mẫu nhỏ nhất phải là 2f. Nê u tần số lấy mẫu chính xác bằng 2f, ta nói là lấy mẫu tới hạn. Trong thực 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 48 khz để thể hiện âm thanh tần số 20 khz. Tần số tiê ng nói trong khoảng 3.1 khz. Biê n đổi tín hiệu tiê ng nói tín hiệu số ta dùng tốc độ lấy mẫu là 8 khz. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 17

18 Biểu diễn âm thanh sô Nê u 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. (a) 8kHz (b) 6kHz (c) Lươ ng hóa (d) 2kHz Hình 2.3: Tín hiệu ngã vào tần số lớn hơn 1/2 tần số lấy mẫu sinh ra một tín hiệu 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. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 18

19 Biểu diễn âm thanh sô Xác đi nh sô mức lượng hoá: Số mư c lượng hoá dùng để xác đi nh 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 gốc gọi là bước lượng hoá. Sự khác biệt này còn được gọi là lỗi lượng hoá hay nhiễu lượng hoá. Số mư c lượng hoá càng lớn thì bước lượng hoá càng nhỏ và kéo theo nhiễu lượng hoá càng nhỏ. Số các mư c lượng hoá xác đi nh số bít cần thiê t để biểu diễn mẫu và được xác đi nh bởi công thư c: b = log 2 Q, Q = 2 b Trong đó: b: số bit cần thiê t để biểu diễn, Q: số mư c lượng hoá. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 19

20 Biểu diễn âm thanh sô Xác đi nh sô mức lượng hoá: Số mư c lượng hoá dùng để xác đi nh 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 đo bằng hệ số nhiễu tín hiệu (SNR - Signalto-noise ratio) tính bằng db được đi nh nghi bởi: SNR=20log 10 (S/N). Với S: biên độ cực đại của tín hiệu, N: nhiễu lượng hoá. Nê u lấy bước lượng giá là q thì N = q và S = 2 b q Thay vào biểu thư c: SNR = 20log 10 (2 b q/q) = 20b log 10 (2) = 6b Ta thấy nê u dùng thêm 1 bit để biểu diễn các mẫu làm gia tăng hê sô nhiễu tín hiê u là 6 db. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 20

21 Biểu diễn âm thanh sô Xác đi nh sô mức lượng hoá: Số mư c lượng hoá dùng để xác đi nh 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 thanh cực 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 không nghe nhiễu lượng hoá thì SNR 100 db. CD audio dùng 16 bit cho mẫu lượng hoá SNR = 96dB nó nhỏ hơn cận dưới mà ta mong muốn (100 db đê n 120 db). Tuy nhiên 16 = 2 4 dễ thao tác và xử lý trong các hệ thống số. Do vậy người ta dùng 16 bít thay cho 17 bit. Tóm lại âm thanh số cần được lấy mẫu liên tu c với tốc độ cố đi nh, mỗi mẫu được biểu diễn bằng một số bit cố đi nh. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 2121

22 Biểu diễn âm thanh sô Ứng dụng Số kênh Tốc độ Số bit CD-audio DAT Digital telephone Digital radio, long play DAT Bảng 2.1: Đặc tính chung của âm thanh số Lượng hoá phi tuyê n (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 tuyê n chính là kỹ thuật nén dữ liệu mà chúng ta sẽ khảo sát chi tiê t trong bài 3. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 222

23 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH YÊU CẦU CU A DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Kha i qua t ca c thiê t 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 Ca c đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện Chất lượng của di ch vu truyê n thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 23

24 Hê thô ng video tương tự Trong phần này chúng ta mô tả các khái niệm và kỹ thuật cơ bản được sử du ng trong các hệ thống video tương tự. Các khái niệm này chủ yê u 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 24

25 Hê thô ng video tương tự Thu hình và phát hình của hình ảnh và video: Hình ảnh được thu bằng cách sử du ng máy thu hình (camera) Hệ thống thấu kính sẽ tập trung hình ảnh đê n bê mặt cảm quang của bộ cảm biê n bên trong camera. Trên bê mặt lớp cảm biê n, độ sáng của một điểm ảnh được biê n đổi thành dòng điện bởi tê bào quang điện. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 25

26 Hê thô ng video tương tự Thu hình và phát hình của hình ảnh và video: Hình ảnh được thu bằng cách sử du ng máy thu hình (camera) Việc quét một ảnh được thực hiện từ gốc cao bên trái theo chiê u ngang của ảnh tạo thành một hàng quét ngang. Khi đê n lê phải của ảnh, điểm quét quay trở vê lê trái và tiê p tu c quét các hàng kê tiê p cho đê n hê t ảnh. Thời gian điểm quét vê đầu hàng kê tiê p gọi là khoảng trắng hàng ngang. => Một ảnh được biê n đổi thành chuổi tín hiệu điện liên tu c của các hàng quét và được phân cách bởi các mư c trắng hàng ngang. Tập hợp các hàng quét của một ảnh gọi là frame. Khi kê t thúc một ảnh, điểm quét di chuyển vê gốc trên bên trái để tạo frame kê tiê p. 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 26

27 Hê thô ng video tương tự Thu hình và phát hình của hình ảnh và video: Hình ảnh được thu bằng cách sử du ng máy thu hình (camera) Trước đây các thiê t 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 du ng 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 27

28 Hê thô ng video tương tự Tô c đô frame (frame rates): Xác đi nh bởi 3 yê u 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 truyê n tín hiệu video. => Phải tìm cách để sử du ng độ rộng băng tần thấp để xuất hầu hê t 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). Nê u 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. Nê u 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 28

29 Hê thô ng video tương tự Kỹ thuật quét xen (Interlace) được sử du ng để giải quyê t hiện tượng lập lòe trong các hệ thống truyê n hình Trong kỹ thuật quét xen nhiê u 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). Truyê n hình sử du ng 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 du ng cùng độ rộng băng tần, và hiện tượng lập loè hầu như đã bi loại bỏ. Các hệ thống truyê n 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 29

30 Hê thô ng video tương tự Hê sô co (Aspect ratio): Tỷ lệ giữa chiê u rộng và chiê u cao của ảnh được gọi là hệ số co / tỷ lệ co. Đây là hệ số quan trọng vê mặt thâ m 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 (biê n dạng). Hình ảnh chuyển động có tỷ lệ 4:3 được sử du ng phổ biê n trong các hệ thống truyê n 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 truyê n 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 chiê u rộng là 20 inches và chiê u cao là 15 inches. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 30

31 Hê thô ng 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 do c: 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 31

32 Hê thô ng video tương tự Truyền hình / video màu: Các hệ thống Tivi màu được xây dựng trên cơ sở lý thuyê t 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 du ng trong Tivi là RGB: Đỏ (Red), Xanh lá (Green), Xanh dương (Blue). Để thu hình màu, camera sử du ng các bộ phận quang học để tách tia sáng tới thành 3 chùm tia tương ư ng với 3 màu sơ cấp. Mỗi chùm tia màu sẽ đê n một bộ cảm biê n riêng để tạo ra một tín hiệu điện phân biệt. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 32

33 Truyền hình / video màu Hê thô ng video tương tự 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 du ng và sắp xê p sao cho mỗi óng chỉ quét đê n một loại phosphor. Cường độ chùm tia của các óng phóng được điê u khiển bởi các tín hiệu màu tương ư ng được tạo ra trong quá trình quét của camera. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 33

34 Hê thô ng video tương tự Các chuẩn truyền hình màu hiê n có: Với video màu ta cần 3 tín hiệu ư ng với các màu R, G, B và thông tin để đồng bộ hoá việc quét hình của camera và thiê t bi hiển thi Nê u ba tín hiệu được truyê n đi một cách phân biệt từ đài phát đê n máy thu hình thì độ rộng băng thông của truyê n hình màu sẽ gấp ba lần truyê n hình đơn sắc. Để giải quyê t vấn đê này, các dạng tổng hợp của tín hiệu video được sử du ng: Ba loại dạng tín hiệu tổng hợp chính của truyê n hình màu là NTSC, PAL, SECAM. Các dạng tín hiệu tổng hợp đê u dùng nguyên tắc cơ bản độ sáng / màu. Trong đó, ba màu sơ cấp được biê n đổi ra hai phần độ sáng (luminance) và màu (chrominance) Thành phần độ sáng là tín hiệu video đơn sắc, nó được điê u khiển bởi độ sáng của hình ảnh. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 34

35 Hê thô ng video tương tự Các chuẩn truyền hình màu hiê n có: Với video màu ta cần 3 tín hiệu ư ng với các màu R, G, B và thông tin để đồng bộ hoá việc quét hình của camera và thiê t bi hiển thi Thành phần màu chỉ chư a 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 truyê n. 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 truyê n. Thành phần độ sáng được truyê n 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 truyê n. 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 35

36 Hê thô ng video tương tự Các chuẩn truyền hình màu hiê n có Hệ thống tổng hợp có thể truyê n 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 quyê t 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 đê u sử du ng các nguyên tắc đi nh 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 36

37 Hê thô ng video tương tự Các chuẩn truyền hình màu hiê n có PAL NTSC SECAM Full name Phase Alternating Line Nationtal Television Sequentiel Couleur System Committee Avec Memorie Countries of use UK, Germany, Austria, Italia, China, Australia North America, Japan France, USSR Lines/frame Frames/sec Horizontal resolution Interlace ratio 2:1 2:1 2:1 Aspect ratio 4:3 4:3 4:3 Bandwidth of channel 5.5 MHz (UK) 5.0 MHz (Orther) 4.2 MHz 6.0 MHz Y=0.30R+0.59G+0.11B Y=0.30R+0.59G+0.11B Y=0.30R+0.59G+0.11B U=0.62R-0.52G-0.10B I=0.60R-0.28G-0.32B DR=1.33R+1.11G+0.22B Color conversion V=0.15R-0.29G+0.44B Q=0.21R-0.52G+0.31B DB=0.45R-0.88G+1.33B equations Chrominance bandwidth U=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 37

38 Hê thô ng video tương tự Hê sô nhìn (Viewing ratio): Được đi nh nghi a bằng tỷ lệ giữa khoảng cách người xem và chiê u cao hình ảnh. Ví du : Một màn hình có chiê u 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 truyê n hình được thiê t kê với hệ số nhìn từ 5 đê n 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 tiê t bên trong hình ảnh. Một hệ thống được thiê t 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 38

39 Hê thô ng video tương tự Truyền hình đô nét cao (HDTV: High Definition TIVI) Các hệ thống truyê n hình hiện nay đã được phát minh cách đây hơn 30 năm. Hiện nay đã có nhiê u bước phát triển trong li nh vực điện tử và viễn thông, cho phép truyê n và hiển thi video chất lượng tốt hơn đó là dạng truyê n hình độ nét cao (HDTV). Nhật bản, Châu âu và Hoa kỳ đã đưa ra các chuâ n cho HDTV. Sự khác nhau trong các chuâ n này là: Khả năng tương thích ngược, Kỹ thuật xử lý và truyê n là kỹ thuật tương tự hay số. Các sơ đồ nén dữ liệu được sử du ng. Trong các đê nghi này, các thông số quét là gần như nhau, hệ số co đê u là 16:9. Nhật và Hoa kỳ: 30 frames/s và lines/frame, Châu âu: 25 frames/s và lines/frame, Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 39

40 Hê thô ng 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 đê n 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 40

41 Hê thô ng video tương tự Lưu trư và truyền video tương tự Thiê t bi lưu trữ video tương tự là băng từ và đi a laser Băng từ chuyên nghiệp có thể thu đê n độ phân giải 500 dòng, trong khi băng VHS chỉ thu ở độ phân giải 240 dòng. Các băng từ có thể chư a 2-3 giờ video. Đi a Laser có thể lưu trữ khoảng 1 giờ video chất lượng cao và chỉ được đọc (read only). Video tương tự truyê n bằng sóng điện từ / cable đồng Trước khi tín hiệu video được truyê n, nó được điê u chê theo một số kiểu nào đó. Băng thông tối thiểu bằng với yêu cầu băng thông của dòng video. Camera Storage Transmitter Receiver Display Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 41

42 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH YÊU CẦU CU A DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Kha i qua t ca c thiê t 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 Ca c đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện Chất lượng của di ch vu truyê n thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 42

43 Biểu diễn hình ảnh va video sô Đặc điểm chung của hê thô ng video sô Trong hệ thống video số, camera và màn hình hoạt động như video tương tự. Giữa camera và màn hình, tín hiệu tương tự => tín hiệu số và các bộ phận ở giữa hoạt động với tín hiệu số. Bộ biê n đổi ADC đặt sau camera và bộ biê n 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 với phương tiện số khác. Thiê t bi lưu trữ là đi a cư ng / CD-ROM Thiê t bi xử lý, truyê n, nhận là máy tính. Mạng truyê n dữ liệu số là mạng chuyển mạch gói. Camera ADC Encoding and Processing Storage Transmitter Receiver Decoding and Processing DAC Display Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 43

44 Biểu diễn hình ảnh va video sô Quá trình biê n đổi từ tương tự sang sô : Nguyên tắc cơ bản để biê n 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 số quét video (độ phân giải ngang, độ phân giải dọc, tốc độ frame, hệ số co). 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 độ frame); 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 hiệu video theo lý thuyê t Nyquist: Nê u băng tần của video tương tự là f thì tốc độ lấy mẫu ít nhất là 2f. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 44

45 Biểu diễn hình ảnh va video sô Tô c đô lấy mẫu (sample rate) Phần tử nhỏ nhất của hình ảnh gọi là điểm ảnh (pixel). Nê u tốc độ lấy mẫu nhỏ hơn đặc tã ở trên thì không thể giữ được độ phân giải. => Hiện tượng răng cưa sẽ xuất hiện (các điểm ảnh phân biệt được biểu diễn bằng các ô hình vuông nhỏ). Việc nhìn thấy hiện tương này phu thuộc hệ số nhìn. Hệ số nhìn càng lớn thì việc nhìn thấy hiện tượng răng cưa càng giảm. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 45

46 Biểu diễn hình ảnh va video sô Các mức lượng hoá (Quantization Levels) Số mư c lượng hoá phu thuộc trực tiê p vào biên độ của tín hiệu tương tự và kích thước bước lượng hoá. Bước lượng hoá tối đa bằng với nhiễu lượng hoá cực đại, nhưng phải nhỏ hơn ngưỡng phân biệt của thi giác. Trong một cảnh, thi giác người có thể phân biệt các điểm có độ sáng chênh lệch 1%. Nói cách khác khả năng phân biệt độ sáng của thi giác con người là 100:1. Hệ số tương phản (contrast ratio) được đi nh nghi a là hệ số cường độ sáng của phần tử sáng nhất và phần tử tối nhất. Hệ số tương phản cao sẽ cho hình ảnh ro nét. Độ sáng chung quanh màn hình có ảnh hưởng đê n 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 46

47 Biểu diễn hình ảnh va video sô Các mức lượng hoá (Quantization Levels) Tỷ lệ 100:1 có nghi a là ta có thể nhận biê t hai cường độ sáng khác nhau nê u chúng khác nhau hơn 1%. Khả năng phân biệt này còn gọi là contrast sensitivity được đi nh nghi a bằng 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 hay nhiễu lượng hoá phải nhỏ hơn 1%. Trên cơ sở thi giác nhận biê t trong khoảng từ và bước lượng hoá của 1% giá tri độ sáng, ta cần tổng cộng 460 bước lượng hoá. Nó được tính toán bằng công thư c: Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 47

48 Biểu diễn hình ảnh va video sô Các mức lượng hoá (Quantization Levels) Để biểu diễn 460 mư c lượng hoá ta cần 9 bit. Hình ảnh của tivi hiện nay có hệ số tương phản trong khoảng 10:1 đê n 20:1. Với kiểu hình ảnh này ta chỉ cần 8 bit là đủ. Nê u bước lượng hoá lớn hơn contrast sensitivity, độ sáng khác nhau của những vùng lân cận có thể bi lượng hoá cùng giá tri. Những vùng có cấp độ sáng bi thay đổi sẽ xuất hiện những dãy phân biệt, hiện tượng này gọi là contouring. Hiệu ư ng contouring xảy ra khi sử du ng quá ít bước lượng hoá. Nó thường xuất hiện tại các vùng tối bởi vì độ sáng khác nhau tương ư ng 1% contrast sensitivity thì rất nhỏ trong các vùng này. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 48

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 tắc số hoá với độ sáng. Mỗi điểm ảnh (pixel) được biểu diễn bởi một tập hợp ba giá tri tương ư ng với ba màu sơ cấp, mỗi màu có cùng độ rộng băng tầng của tín hiệu độ sáng và cần cùng các mư c lượng hoá như tín hiệu độ sáng. Hệ quả là một video số màu yêu cầu số dữ liệu gấp ba lần của video đơn sắc tương ư ng. Ví du : Tín hiệu video hệ PAL có độ rộng băng tầng là 5.5 MHz ta lấy mẫu với tốc 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 độ dòng dữ liệu để biểu diễn video số. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 49

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 video số. Trong thực hành, tín hiệu video được đổi thành 2 thành phần là độ sáng và màu trước khi chuyển sang dạng số. Do mắt người ít nhạy với thành phần màu và độ rộng băng tần của nó được rút ngắn. Như vậy độ rộng băng tần thấp hơn của thành phần màu, có thể sử du ng tốc độ lấy mẫu thấp hơn, rút ngắn số lượng dữ liệu cần thiê t đễ biểu 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 của thành phần độ sáng. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 50

51 Biểu diễn hình ảnh va video sô COMPONENTS Luminance components Bandwidth (MHz) Sampling rate (MHz) Samples per total line Samples per active line Bits per sample Bit rate (Mb/s) CCIR SMPTE D lines, 60 fields CCIR SMPTE D lines, 50 fields Chrominance components Bandwidth (MHz) Sampling rate (MHz) Samples per total line Samples per active line Bits per sample Bit rate (Mb/s) Total bit rate Bảng 2.3: Các tham số của truyền hình kỹ thuật số Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 51

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 hàng ngang và hàng dọc Giảm bớt tốc độ bit. Khi hiển thi, do đã biê t số điểm trên mỗi dòng quét và số dòng quét trong một frame nên khoảng trắng hàng ngang và hàng dọc có thể được tạo ra trên thiê t bi hiển thi. => Như vậy, hình ảnh kỹ thuật số được sắp xê p trong một mảng hai chiê u của các điểm ảnh. Số cột tương ư ng 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 chiê u mà mỗi phần tử của nó là độ sáng của điểm ảnh tại các vi trí tương ư ng trong hình ảnh. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 52

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 ư ng của 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 hai chiê u tương ư ng với ba thành phần. Khi các giá tri của điểm ảnh được biểu diễn bằng độ sáng và các thành phần màu, kích thước mảng của thành phần màu có thể nhỏ hơn thành phần độ sáng. Khi hiển thi, ba thành phần này sẽ được xen kẻ một cách thích hợp để giảm bớt kích thước ảnh gốc. Sắp xê p các giá tri của điểm ảnh trong vùng bộ nhớ liên tu c được gọi là bitmap. Trong bitmap, một vi trí bộ nhớ (ba với ảnh màu) sẽ ư ng với một điểm ảnh trên màn hình. Bộ nhớ dùng để lưu trữ dữ liệu bitmap của hình ảnh được gọi là framestore hay framebuffer. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 53

54 Biểu diễn hình ảnh va video sô So sánh các hê thô ng video tương tự và sô Video tương tự (analog) Không co hình ảnh đươ c lưu trữ. Không phân biệt trong thu nhận, truyền và hiển thi hình ảnh tỉnh và video. Ca c bộ phận (camera, transmiter, receiver, display) của hệ thô ng phải hoạt động một ca ch đồng bộ. Câ n sử dụng kỹ thuật quét xen để tiết kiệm độ rộng băng tâ n truyền tín hiệu và để tra nh hiện tươ ng lập loè. => Chất lươ ng hiển thi giảm. Video số (digital) Hình ảnh đươ c lưu trữ (framestore). Co sự phân biệt trong truyền và hiển thi hình ảnh tỉnh và hình ảnh động (video) Ca c bộ phận (camera, transmiter, receiver, display) của hệ thô ng co thể hoạt động độc lập Không câ n sử dụng kỹ thuật quét xen vì việc quét chỉ thực hiện trong nội bộ thiết bi hiển thi (framestore). => Chất lươ ng hiển thi tăng. Dữ liệu đươ c truyền bằng với dữ liệu gô c đươ c thu nhận từ camera kể cả ca c khoảng tră ng hàng ngang và hàng dọc. Dữ liệu thu từ camera đươ c sô hoa và nén trước khi truyền, không câ n sô hoa khoảng tră ng hàng ngang và hàng dọc. (Hệ sô nén video 24:1). Dữ liệu video tương tự không đươ c xử lý Dữ liệu video sô dể dàng đươ c xử lý Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 54

55 Biểu diễn hình ảnh va video sô Các nguô n khác của hình ảnh và video sô Trước đây nguồn của hình ảnh và video là camera. Hiện nay nó vẫn là nguồn chính, ta còn có các nguồn khác. Nguồn khác là từ các máy quét ảnh, nó biê n đổi các hình ảnh, văn bản (giấy) thành dạng biểu diễn số dưới dạng bitmap. Hình ảnh được quét có thể là màu / trắng đen. Các hình ảnh được tạo ra bởi máy tính cũng là những hình ảnh số được lưu trữ trong bitmap dưới dạng vector. Dù hình ảnh số có được từ nhiê u nguồn nhưng đê u được xử lý bởi hệ thống máy tính: Mỗi hình ảnh là một mảng hai chiê u (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 đi nh. Dù các giá tri điểm ảnh của hình ảnh từ các nguồn khác nhau có ý nghi a khác nhau nhưng chúng đê u có thể được biểu diễn bằng dạng RGB. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 55

56 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH YÊU CẦU CU A DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Kha i qua t ca c thiê t 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 Ca c đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện Chất lượng của di ch vu truyê n thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 56

57 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Hình ảnh và video màu là hai kiểu dữ liệu cơ bản của hệ thống đa phương tiện. Các chi tiê t kỹ thuật và khả năng nhận biê t 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 nê u chúng ta sử du ng một số đặc tính vê khả năng nhận biê t màu sắc của con người. Nhiê u hoạt động như tìm kiê m 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 biê t vê màu sắc và thảo luận vê các vấn đê nêu trên. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 57

58 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Các thuô c tính của màu sắc: Ánh sáng khả kiê n là sóng điện từ có phổ bước sóng trong khoảng từ 400nm đê n 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 58

59 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Ba thuô c 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 nhiê u hay ít. Thi giác có đa p ư ng vê cảm giác không tuyê n 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 nhiê u 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 59

60 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Các hê thô ng đặc tả màu sắc: Trong truyê n 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 60

61 Các hê thô ng đặc tả màu sắc Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Uỷ ban quốc tê chiê u sáng (CIE: Comite International de l Eclairage) đi nh nghi a hệ thống để ánh xạ một SPD thành ba thành phần số là toạ độ toán học của không gian màu. CIE đi nh nghi a chuâ n 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 nê n tảng của các thiê t bi đo màu. Nó hoàn toàn độc lập, và các giá tri X,Y,Z bình thường được đi nh nghi a trong khoảng [0,1]. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 61

62 Các hê thô ng đặc tả màu sắc Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Trong thực hành, màu hiê m 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 62

63 Các hê thô ng đặc tả màu sắc Điểm lợi chính của CIE XYZ là hoàn toàn độc lập. Điểm bất lợi chính của CIE XYZ là sự phư c tạp trong cài đặt và không trực quan. Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 63

64 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Quan hê giư a CIE XYZ và các không gian màu khác Theo lý thuyê t Tristimulus, một màu bất kỳ có thể chư a sự pha trộn của ba màu sơ cấp với một tỷ lệ thích hợp. Màu sơ cấp thì độc lập với ý nghi a là nó không chư a 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 nhiê u 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 tiê p nhận màu trong mắt người. Sự kích thích của ba kiểu bộ tiê p 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 64

65 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Quan hê giư a 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 x r, y r, x g, y g, x b, y b, x n, y n 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 x r y r Green x g y g Blue x b y b White x n y n Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 65

66 Quan hê giư a CIE XYZ và các không gian màu khác Đặc tả kỹ thuật ma u sắc 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. B G Reference White R Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 66

67 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Quan hê giư a 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 biê n đổi tuyê n tính. Theo đi nh luật Grassman ta có: Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 67

68 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Như ng không gian màu đô ng da ng Trong hình ta thấy toạ độ phối màu của G luôn có một khoảng cách với toạ độ phối màu của bước sóng 510 nm, Điê u đó cho thấy rằng nhiê u màu không thể được tao ra bằng cách dùng ba màu sơ cấp RGB. Kê t luận này là sai, bởi vì không gian màu xyy không phải là không gian màu đồng dạng: Thi giác của con người không đa p ư ng bằng nhau theo khoảng cách của sơ đồ phối màu. Trong một không gian màu đồng dạng, khoảng cách trên sơ đồ phối màu gần bằng nhau thì sự nhận biê t vê màu sắc là như nhau đối với các màu khác nhau. Tổ chư c 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 và phu c hồi hình ảnh màu, theo đó các điểm ảnh có giá tri khác nhau sẽ tương ư ng với sự nhận biê t màu sắc khác nhau. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 68

69 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Khác biê t của các biểu diễn màu Biểu diễn RGB được sử du ng trong hầu hê t các hệ thống đa phương tiện. Hình ảnh số được biểu diễn bởi ba mảng hai chiê u ư ng với ba thành phần màu đỏ, xanh lá, xanh dương. Nê u tất cả hình ảnh được biểu diễn bằng RGB thì nó được biểu diễn trong cùng không gian màu và có thể được sử du ng và so sánh một cách trực tiê p bất kể hình ảnh đê n từ đâu. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 69

70 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Khác biê t của các biểu diễn màu Trong thực tê các giá tri của điểm ảnh trong biểu diễn RGB có thể có ý nghi a khác nhau. Hai nguyên nhân chính của sự khác nhau này là: Các giá tri hiệu chỉnh gamma có thể khác nhau khi sử du ng các thiê t 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 nhiê u không gian màu RGB được sử du ng và sự phối màu của chúng hiê m khi được đặc tả, dẫn đê n, chất lượng hiển thi và hiệu quả phu c hồi hình ảnh kém. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 70

71 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Hiê u chỉnh gamma Hiệu chỉnh gamma là một phép tính phi tuyê n 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 tuyê n tính với điện thê tín hiệu vào mà theo một hàm mũ với số mũ [ ]. Giá tri số mũ gọi là gamma. Luminance = (V ) gamma Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 71

72 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Hiê u chỉnh gamma Đối với camera, điện thê tín hiệu tạo ra của bộ cảm biê n thì tuyê n tính với cường động ánh sáng. Vậy ta có thể biê n 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 biê n đổi theo các bước sau: 1. Bộ cảm biê n của camera biê n đổi tuyê n tính độ sáng thành điện thê. 2. Hiệu chỉnh gamma chuyển đổi điện thê tuyê n tính của camera thành điện thê phi tuyê n bằng hàm mũ 1/gamma Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 72

73 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Hiê u chỉnh gamma 3. CRT biê n đổi điện thê phi tuyê n thành ánh sáng tuyê n tính bằng hàm mũ của gamma. Toàn bộ quá trình là tuyê n tính (hoặc gần như tuyê n tính). gamma < 1 gamma=1 Cân bằng độ sáng tối. gamma>1 Tăng độ sắc nét (sharp) gamma<1 Hình ảnh mê m (soft) gamma > 1 Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 73

74 Hiê u chỉnh gamma Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Hình ảnh và video màu, các điện thê tuyê n tính R, G và B biểu diễn ba màu sơ cấp đỏ, xanh lá và xanh dương được biê n đổi thành các điện thê phi tuyê n R, G và B. Màn hình màu CRT sẽ biê n đổi các điện thê R, G và B thành các ánh sáng màu tuyê n 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 nguyên nằm trong khoảng [0,255], như vậy ta có: R = 255 R 1/gamma G = 255 G 1/gamma B = 255 B 1/gamma Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 74

75 Hiê u chỉnh gamma Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Hằng số 255 trong phương trình trên được thêm vào trong quá trình biê n đổi ADC (Analog to Digital Converter). Khi hiển thi nó bi loại bỏ trong quá trình biê n đổi DAC (Digital to Analog Converter). Các giá tri gamma và hiệu chỉnh gamma phu thuộc vào thiê t bi thu nhận và hiển thi hình ảnh. Ví du : Hai hình ảnh số được thu từ hai camara khác nhau có hai giá tri hiệu chỉnh gamma khác nhau là 1/2.5=0.4 và 1/2.0=0.5 Với một điểm ảnh R 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 75

76 Hiê u chỉnh gamma Đặc tả kỹ thuật ma u sắc 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 mê m gần đây người dùng có thể đặt các giá tri gamma từ 0.5 đê n 5 Cần có da ng biê n đổi chung cho hình ảnh và video Trong hệ thống đa phương tiện hình ảnh và video được thu nhận từ nhiê u nguồn khác nhau. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 76

77 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Cần có da ng biê n 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 thiê t bi thu phải phù hợp với thiê t bi hiển thi. Các thiê t bi hiển thi sẽ biê n 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 77

78 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Cần có da ng biê n đổi chung cho hình ảnh và video Để đạt được chất lương hiển thi, hiệu quả phu c hồi hình ảnh cao và độc lập với thiê t 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 du ng. Các đặc tính của thi giác và hiê u 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 78

79 Đặc tả kỹ thuật ma u sắc Các đặc tính của thi giác và hiê u quả nén hình ảnh Thi giác con người thì không tuyê n tính độ sáng, độ nhạy của mắt khoảng 1% sự thay đổi cường độ sáng. Nê u ta số hoá các điện thê tuyê n tính một cách trực tiê p, lượng hoá phi tuyê n sẽ được dùng để biểu diễn một điểm ảnh với ít bít hơn. Sau hiệu chỉnh gamma, tín hiệu video không tuyê n tính với độ sáng của hình ảnh. + Chúng ta có thể dùng lượng hoá tuyê n tính để số hoá hiệu chỉnh gamma của tín hiệu video. + Chúng ta có thể dùng lượng hoá tuyê n tính để số hoá hiệu chỉnh gamma của tín hiệu video. + Theo quan điểm này, nê u thiê t bi hiển thi là tuyê n tính, chúng ta có thể biê n đổi đồng dạng của hiệu chỉnh gamma để cho lượng hoá tuyê n tính đơn giản hơn được sử du ng. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 79

80 Đặc tả kỹ thuật ma u 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 nhiê u 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 đa p ư ng một cách đồng đê u theo khoảng cách trong không gian màu RGB. Trong một số ư ng du ng, một không gian màu đồng nhất sẽ được sử du ng 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 80

81 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH YÊU CẦU CU A DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Kha i qua t ca c thiê t 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 Ca c đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện Chất lượng của di ch vu truyê n thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 81

82 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Ca c 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 bytes cho mỗi ảnh. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 82

83 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Ca c 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 chiê u thời gian, nê u có yêu cầu thời gian xác đi nh để truyê n một ảnh thì yêu cầu băng thông có thể được tính từ yêu cầu dung lượng lưu trữ. Ví du : Nê u mỗi ảnh phải được truyê n trong 2 giây thi phải cần băng thông: ( x8)/2 = bits/s = 3,456 Mbits/s Trong một số ư ng du ng, hình ảnh phải được hiển thi đồng bộ với một phương tiện liên tu c khác như âm thanh => Cần yêu cầu vê băng thông. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 83

84 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Âm thanh và video có thời gian liên tu c, và được mô tả theo tốc độ (bits/s / Mbits/s). Application Data Rate (kbit/s) Với âm thanh số này được tính theo tốc độ lấy mẫu và số bits cho mỗi mẫu. Với video tốc độ bít được tính từ số dữ liệu mỗi ảnh và số ảnh trong một giây, Từ bảng mô tả tốc độ bit chúng ta thấy rằng audio và video kỹ thuật số yêu cầu băng thông của mạng tốc độ cao để truyê n dữ liệu. CD-Audio 1.411,2 DAT Digital Telephone 64 Digital Audio, Long-play DAT Television-quality video VHS-quality video HDTV Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 84

85 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Để cất giữ và lấy lại âm thanh và video kỹ thuật số, giá tri tốc độ bit được dùng để đặc tả yêu cầu tốc độ chuyển dữ liệu của thiê t bi lưu trữ. Nê u biê t thời gian của âm thanh và video thì có thể tính toán dung lượng lưu trữ. Yêu cầu dung lượng lưu trữ của audio và video là rất lớn nên phải sử du ng các kỹ thuật nén dữ liệu cho các ư ng du ng đa phương tiện. 1 TB 1 GB 100 MB 10 MB 1 MB 1 MB 7 MB 100 MB 28.8 MB 635 MB 24.3 GB 97 GB 389 GB 1-hr Book hr VHS phone 1-hr 1-hr 500 page bi-level color quality 1-hr TV quality CD-audio HDTV text Images images video audio Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 85

86 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Ca c yêu cầu vê độ trễ và sự biê n thiên của độ trễ Âm thanh và video kỹ thuật số là phương tiện liên tu c theo thời gian. Để đạt được chất lượng hợp lý khi phát lại (playback) thì các mẫu của audio và video phải được nhận và phát lại theo các thời khoảng điê u hoà. Ví du : Một đoạn âm thanh được lấy mẫu ở 8 KHz, nó phải được phát lại 8,000 mẫu mỗi giây. Độ trung thực không chỉ phu thuộc vào giá tri các mẫu mà còn phu thuộc vào thời gian phát lại các mẫu. Độ trễ giữa hai đầu (end-to-end) là tổng tất cả các độ trễ của các thành phần trong hệ thống đa phương tiện: Thời gian thâm nhập đi a, ADC, mã hoá, xử lý, thời gian thâm nhập mạng, truyê n dữ liệu, đệm dữ liệu, giải mã và DAC. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 86

87 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Ca c yêu cầu vê độ trễ và sự biê n thiên của độ trễ Độ trể chấp nhận được phu thuộc vào từng ư ng du ng. Trong đàm thoại độ trễ chấp nhận được từ 0,6 1.8 giây. Các ư ng du ng khác nhau sẽ có yêu cầu độ trễ khác nhau, khi cần độ trễ nhỏ, kỹ thuật loại bỏ dữ liệu lập lại được dùng. Sự thay đổi vê độ trễ trong ư ng du ng được gọi chung là biê n thiên độ trễ (delay jitter). Để phát lại các phương tiện liên tu c, biê n thiên độ trể phải giữ ở mư c rất nhỏ. Âm thanh chất lượng điện thoại (telephone-quality) và video chất lương truyê n hình (television-quality) yêu cầu biê n thiên độ trể nhỏ hơn 10 ms. Giá tri biê n thiên độ trể của âm thanh hai chiê u chất lượng cao (highquality stereo audio) phải nhỏ hơn 1 ms, bởi vì cần sự nhận biê t phân biệt các hiệu ư ng hai chiê u dựa trên độ lệch pha tối thiểu giữa 2 kênh âm thanh. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 87

88 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Ca c yêu cầu vê độ trễ và sự biê n thiên của độ trễ Chú ý rằng các yêu cầu vê độ trễ và biê n thiên độ trễ phải được bảo đảm trong suốt phiên truyê n thông. Hiện nay, mạng máy tính, giao thư c vận chuyển, hệ điê u hành, và thiê t 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 phu c vu cho ư ng du ng đa phương tiện. Ta sẽ nghiên cư u các yêu cầu này trong các phần sau. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 88

89 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Cấu trúc ngữ nghi a của thông tin đa phương tiện Trong hệ thống máy tính, âm thanh, hình ảnh và video số là một chuỗi các giá tri được lấy mẫu không có cấu trúc ngữ nghi a. Từ các giá tri được lấy mẫu này nó khó lấy lại thông tin có liên quan một cách tự động. Quá trình phát triển trong li nh vực nhận dạng tiê ng nói và thi giác máy tính, đối với máy tính điện tử việc hiểu ý nghi a và nội dung của âm thanh và video là không thể trong các ư ng du ng thông thường sử du ng công nghệ hiện nay. Thông tin càng ngày càng được thu và lưu trữ dưới dạng âm thanh, hình ảnh, và video số. Để sử du ng đầy đủ các thông tin này, kỹ thuật mới trong chỉ mu c và tìm kiê m dữ liệu âm thanh, hình ảnh, và video phải được phát triển. Nghiên cư u mới trong li nh vực này gọi là hệ thống quản tri thông tin đa phương tiện. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 89

90 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Thời gian và không gian trong quan hệ ca c phương tiện Trong xử lý và truyê n thông đa phương tiện, nhiê u kiểu phương tiện được đưa vào trong cùng một ư ng du ng hoặc trình diễn. Để đạt được những hiệu quả mong muốn, việc lấy lại và truyê n các phương tiện có liên hệ này phải được kê t hợp và trình bày, mà theo đó mối quan hệ vê thời gian phải được duy trì. Sự xuất hiện đúng thời gian mong muốn của các tiê t mu c được gọi là sựđồng bộ hoá (synchronization). Kê hoạch đồng bộ hoá đi nh nghi a cơ chê dùng để đạt được mư c độ yêu cầu của động bộ hoá. Để thực hiện đồng 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 hệ vê thời gian một cách dể dàng. Đảm bảo mối quan hệ thời gian được đặc tả phải chiê n thắng tính bất đi nh tự nhiên của hệ thống truyê n thông. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 90

91 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Khả năng chi u lỗi và mất trong dữ liệu đa phương tiện Đặc tính của dữ liệu đa phương tiện nêu trên, tất cả là tin tư c xấu : Nó đặt ra nhiê u yêu cầu nghiêm ngặt cho thao tác của các hệ thống máy tính, hơn là dữ liệu chữ số truyê n thống. Ở đây có một bit tin tư c tốt : Ta có thể chi u một số lỗi/mất trong dữ liệu âm thanh và video số. Bit bi lỗi/mất không là tai hoạ vì trên thực tê trong dữ liệu âm thanh và video chúng ta vẫn có thể nhận biê t được nó khi bi một số ít bit bi lỗi/mất. Với tiê ng nói, có thể chi u được một tỷ lệ lỗi Với hình ảnh và video, có thể chi u được một tỉ lệ Một thông số đo lường lỗi khác là tỷ lệ mất gói (packet loss rate). Yêu cầu cho tỷ lệ mất gói thì nghiêm khắc hơn tỷ lệ bit lỗi, vì một gói bi mất có thể ảnh hưởng đê n giải mã hình ảnh. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 91

92 Ca c đặc ti nh chi nh va yêu cầu của thông tin đa phương tiê n Khả năng chi u lỗi và mất trong dữ liệu đa phương tiện Khi các kỹ thuật nén được sử du ng bit lỗi sẽ phải thấp hơn bởi vì một bit lỗi có thể là nguyên nhân của giải nén lổi của nhiê u bit. Kỹ thuật che dấu lỗi có thể được dùng để cải thiện chất lượng âm thanh và video. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 92

93 CHƯƠNG 2: ĐẶC TÍNH YÊU CẦU CU A DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Kha i qua t ca c thiê t 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 Ca c đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện Chất lượng của di ch vu truyê n thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 93

94 Chất lượng của di ch vu truyền thông đa phương tiê n Yªu cçu ĐA M BA O - HÖ thèng Ư NG dông - TÝnh to n - Dµnh tµi nguyªn - LËp lþch Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 94

95 Chất lượng của di ch vu truyền thông đa phương tiê n Dữ liệu đa phương tiện bắt buộc thoả mản các yêu cầu nghiêm khắc trong hệ thống đa phương tiện như: độ rộng băng tần cao, không gian lưu trữ lớn, tốc độ truyê n cao, giới hạn vê độ trể và biê n thiên độ trể và sự đồng bộ hoá giữa không gian và thời gian. Phương tiện và ư ng du ng khác nhau có yêu cầu khác nhau. Các yêu cầu phải được thoả mãn trong toàn bộ phiên truyê n thông / trình diễn thông qua các thành phần của hệ thống. Để cung cấp một cơ cấu tổ chư c đồng nhất, chỉ rõ và bảo đảm các yêu cầu khác nhau, một khái niệm gọi là chất lượng di ch vu (QoS: Quality of service) đã được đưa ra. QoS là một tập hợp các tham số yêu cầu. Nó không phải là tập hợp các tham số được chấp nhận thông thường. Các tham số yêu cầu chung bao gồm các yêu cầu được đê cập ở trên. Các thông số này được đi nh rõ trong hai cấp: Chất lượng thích hợp và chất lượng có thể chấp nhận được Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 95

96 Chất lượng của di ch vu truyền thông đa phương tiê n QoS là phiên giao tiê p được thoả thuận, và chấp nhận trong các ư ng du ng đa phương tiện, và hệ thống đa phương tiện (nhà cung cấp di ch vu ). Khi một ư ng du ng cần bắt đầu phiên làm việc, nó đưa ra một đê nghi yêu cầu QoS đê n hệ thống. Hệ thống sẽ từ chối hoặc chấp nhận đê nghi, hoặc chấp nhận với một số thoả thuận thấp hơn các yêu cầu của ư ng du ng. Khi hệ thống chấp nhận đê nghi, một giao tiê p giữa hệ thống và ư ng du ng 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 hê t khả năng của nó. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 96

97 Chất lượng của di ch vu truyền thông đa phương tiê n Sự bảo đảm phải bắt buộc với hai đầu hoặc hệ thống diện rộng. Hệ thống đa phương tiện điển hình gồm ba phần: Máy tính điện tử, hệ thống tập tin, hệ thống vận chuyển hoặc truyê n thông (bao gồm giao thư c vận chuyển và phần dưới của kiê n trúc mạng). QoS chỉ có thể được đảm bảo khi yêu cầu các tài nguyên hệ thống được quản lý một cách đúng đắn. Các tài nguyên hệ thống bao gồm: CPU, bộ nhớ, độ rộng băng tần,. Mỗi thành phần của hệ thống có một bộ phận quản lý tài nguyên, nó giám sát các tài nguyên đang dùng và có sẳn. Khi nhận được yêu cầu của một phiên làm việc mới, nó sẽ làm một kiểm tra chấp nhận (admission test). Nê u các tài nguyên có sẳn đủ hỗ trợ yêu cầu mới, và không cản trở các phiên làm viêc hiện tại, nó sẽ được đưa vào. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 97

98 Nói cách khác, một tập hợp mới các tham số QoS được đê nghi đê n ư ng du ng, trên cơ sở các tài nguyên sẳn dùng. + Nê u 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 cư u QoS vẫn còn là rất mới, và nhiê u nghiên cư u đang được tiê n hành. Ví du như: Làm sao để biê n 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 nhiê u phiên làm việc có thể được hỗ trợ bởi một số cố đi nh các tài nguyên. Chất lượng của di ch vu truyền thông đa phương tiê n Bản chất của truyê n thông đa phương tiện là sự bảo đảm chất lượng di ch vu của các ư ng du ng đa phương tiện, trong khi vẫn sử du ng tài nguyên hệ thống một cách hiệu quả. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 98

99 CÂU HỎI BÀI TẬP 1. Đi nh nghi a âm thanh và mô tả các đặc tính kỹ thuật chính của nó. 2. Một vài ư ng du ng 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 đa p ư ng 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 ư ng stereo. Liệt kê và giải thích tốc độ lấy mẫu được yêu cầu. Nê u ta cần lưu trữ 2 giờ của âm thanh này, xác đi nh yêu cầu dung lượng lưu trữ. 4. Giải thích ý nghi a của tốc độ frame và độ phân giải hàng ngang của một hệ thống video. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 99

100 CÂU HỎI BÀI TẬP 6. Trong quá trình biê n đổi video tương tự sang video số. Xác đi nh tốc độ lấy mẫu và các mư c lượng hoá như thê nào? 7. Hiệu ư ng răng cưa và nguyên nhân của nó là gì? Mô tả hình ảnh của hiệu ư ng răng của trong video số mư c lượng giá được yêu cầu để bao hàm khoảng nhìn từ 1 đê n 100 với độ nhạy tương phản 1% khi phương pháp lương hoá phi tuyê n được dùng. Bao nhiêu bước lượng hoá được yêu cầu khi sử du ng phương pháp lượng hoá tuyê n tính. 9. Âm thanh số, hình ảnh số, video số là gì? Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 100

101 TÓM LƯỢC BÀI HỌC Đi nh nghi a ca c đặc điểm của hệ thống đa phương tiện là sử du ng âm thanh và video số. Âm thanh và video số thì liên tu c theo thời gian, nghi a là nó được truyê n và trình bày theo một tốc độ mẫu cố đi nh. Ngoài sự nghiêm ngặt theo thời gian, nó còn yêu cầu số lượng lưu trữ lớn và độ rộng băng tần truyê n thông tin cao. Âm thanh và video số là ca c chuỗi dữ liệu nhi phân, do đó khó nhận biê t và tìm kiê m ca c thông tin có liên quan. Đối với hình ảnh và video số, ca c gia tri mẫu biểu diễn màu tương ư ng của điểm ảnh. Có rất nhiê u kiểu chuâ n, và thiê t bi vào ra của hình ảnh, nó sử du ng ca c biểu diễn màu kha c nhau. Để đạt được chất lượng hiển thi cao, tỷ lệ ne n dữ liệu cao, hiệu quả tìm kiê m dữ liệu cao, điểm ảnh màu phải được đặc tả bằng công cu độc lập. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 101

102 TÓM LƯỢC BÀI HỌC Hệ thống xử lý và truyê n thông đa phương tiện phải hỗ trợ và cung cấp Nén dữ liệu để giảm thiểu ca c yêu cầu vê không gian lưu trữ và độ rộng băng tần tryê n thông. Hệ điê u hành đa phương tiện, giao thư c vận chuyển, kê hoạch làm việc của đi a sẽ cung cấp đảm bảo vê độ trể và biê n 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 ca c phương tiện có liên quan. Cơ chê tìm kiê m hiệu quả cao có khả năng tìm kiê m âm thanh, hình ảnh, video có liên quan một ca ch nhanh chóng trong trả lời ca c truy vấn của người dùng. Đặc tả chất lương di ch vu và ca c cơ chê bảo đảm. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 102

103 References Mô t sô nô i dung môn ho c được tham khảo từ: Jerry D. Gibson, Multimedia Communications, Academic Press, Bài giảng Truyê n thông đa phương tiện, ĐH Cần Thơ. Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 103

104 Câu hỏi? Ý kiê n? Đề xuất? Chương 2: Đặc tính yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện 104