Xem mẫu
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 91
Chương VI
DVD PLAYER ( Digital Video Disc Player )
I. PHƯƠNG PHÁP NÉN DỮ LIỆU TRONG DVD
1. Nén MPEG – 2
MPEG ( Moving picture experts group ) là nhóm chuyên gia ảnh động làm việc
trong tổ chức ISO/ IEC từ năm 1988, mục đích của nhóm là đưa ra được một chuẩn về
kỹ thuật nén audio. Năm 1993, nhóm này đã đưa ra được tiêu chuẩn đầu tiên là
MPEG-1, đây là tiêu chuẩn dùng cho nén audio và video chất lượng tương đương
VHS, tốc độ dữ liệu trong MPEG-1 ứng với tín hiệu Video là 1,5 Mb/s và audio là 192
Kb/s.
Năm 1995, nhóm MPEG đưa ra tiêu chuẩn nén MPEG 2 chủ yếu dùng cho nén
tín hiệu số video, tốc độ dữ liệu trong MPEG 2 có thể lên đến 30Mb/s
Trong kỹ thuật ảnh số, có 2 tiêu chuẩn lấy mẫu được sử dụng phổ biến là: 4:2:2
và 4:2:0
• 4:2:2: tiến hành lấy mẫu tất cả các điểm ảnh của tín hiệu chói Y trên tất cả các
dòng của một ảnh và lấy mẫu xen kẽ các điểm ảnh của hai thành phần tín hiệu
màu ( I, Q: NTSC / U, V : PAL ). Xem hình trang sau:
Pixel 1 2 3 n
Lấy mẫu Y
Dòng 1
Lấy mẫu U (PAL)
Lấy mẫu V (PAL)
Dòng 2
Dòng M
• Tiêu chuẩn 4:2:0
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 92
Pixel 1 2 3 n
Dòng 1
Dòng 2
Dòng 3
Dòng M
Tiêu chuẩn này lấy mẫu Y trên tất cả các pixel của tất cả các dòng và lấy mẫu
tín hiệu mà trên các pixel xen kẽ của dòng và trên các dòng xen kẽ nhau.
Theo tiêu chuẩn truyền hình CCIR; ta có N = 720 pixels và M = 576 dòng ⇒
số bit dữ liệu trong 2 chuần lấy mẫu là: ( 25 ảnh / s)( lượng tử hóa video 8 bit )
4 : 2 : 2 : 720 x 576 x 25 x 8 + 360 x 576 x 25 x (8+8) = 166 Mbit/s
4 : 2 : 0 : 720 x 576 x 25 x 8 + 360 x 288 x 25 x (8+8) = 124 Mbit/s
Phương pháp nén MPEG 2 chọn tiêu chuẩn lấy mẫu 4:2:0 với tốc độ bit 124
MS/s và dựa trên 2 kỹ thuật chính là DCT ( Discrete cosine transform: biến đổi cosin
rời rạc ) và MCP ( Motion – compensated inter- frame prediction )
a. DCT
Biến đổi DCT được thực hiện trên một khối gồm 8 pixel và 8 dòng của ảnh thật
đã lấy mẫu để cho ra một ma trận 8 x 8 với các điểm là các hệ số DCT. Các hệ số
DCT nói lên sự biến đổi tần số giữa các mẫu theo chiều ngang và dọc. Phép toàn DCT
được mô tả như sau:
( 2 x + 1) u.π .cos ( 2 y + 1) v.π
N −1 N −1
2
C ( u ) .C ( v ) .∑∑ f ( x, y ) cos
F (U , V ) =
N 2N 2N
x =0 y =0
1
u, v = 0
C (u ) , C (v ) = 2
1 u, v ≠ 0
Phép DCT ngược hay còn gọi là IDCT :
( 2 x + 1) uπ .cos ( 2 y + 1) vπ
N −1 N −1
2
∑∑ C ( u ).C ( v ) .F ( u, v ) cos
f ( x, y ) =
N 2N 2N
u =0 v =0
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 93
Trong đó:
x,y : là tọa độ của ảnh gốc
u,v : tọa độ của hệ số DCT
N: kích thước ma trận thực hiện phép biến đổi
8bit 11bit
Ngang
DCT
IDCT
Dọc
8x8 mẫu ảnh gốc
• Lượng tử hóa ma trận DCT
Độ lớn của mỗi mẫu ảnh thật được dùng 8 bit để mô tả trong khi ở ma trận
DCT dùng đến 11 bit để mô tả độ lớn ⇒ không có lợi về mặt tốc độ bit khi truyền,
chính vì vậy mà ma trận DCT sẽ được ước lượng giá trị như sau:
Ví dụ: cho 1 DCT
Start
12 6 3
64
Khi truyền các hệ số DCT, MPEG thực hiện theo các đường zig-zag:
12, 6, 6, 0, 4, 3, 0, 0………, 0
Việc lượng tử hóa được thực hiện theo 2 bước:
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 94
Bước 1: nhóm các hệ số khác 0, các hệ số đi theo số 0 và các hệ số ∅
(12), (6), (6), (0,4), (3), (0,…,0)
Bước 2: tiến hành truyền các nhóm:
V1 , V2 , V3 , V4 , V5 , EOB
Như vậy thay vì truyền 64 hệ số thì hệ thống chỉ truyền 6 hệ số của DCT
• Mã hóa VLC ( Vaniable Length Code ):
Các hệ số DCT sau khi được lượng tử hóa sẽ không được truyền đi mà phải
được mã hóa với độ dài mã thay đổi ( VLC ) trước khi truyền.
Bảng tham chiếu mã VLC:
Độ dài hệ osố chạy theo zero Hệ số DCT & Từ mã VLC Số bit
(length of num of zero) zero
0 12 0000 0000 1101 00
0 6 0010 0001 0
1 4 0000 0011 000
0 3 0010 10
EOB - 10
Suy ra được chuỗi bit truyền.
Length of Value of non-zero Variable-length
run of zeros coefficient codeword
0 12 0000 0000 1101 00
0 6 0010 0001 0
1 4 0000 0011 000
0 3 0010 10
EOB - 10
b. Motion – Compensated Inter – Frame Prediction
Bộ dự báo có nhiệm vụ dự báo một ảnh nguồn trên cơ sở một ảnh đã mã hóa.
Ảnh sau khi dự báo sẽ lưu lại làm cơ sở để dự báo cho ảnh kế tiếp.
Việc dự báo sẽ rất khó khăn nếu ảnh chuyển động với tốc độ cao ( ảnh sau khác
với ảnh trước nhiều ), do đó phương pháp MCP sẽ bù thêm giá trị để tạo ảnh nguồn
đúng trên cơ sở của ảnh tham chiếu.
• Cấu trúc của hệ thống mã hóa và giải mã MPEG 2 tín hiệu Video
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 95
Video In
Bit stream
Q
DCT VLC
(quantization)
IQ
IDCT
MCP
Bit stream
Video Out
VLC IQ IDCT
IQ
Hình 6.1 Mã hóa & giải mã MPEG2 tín hiệu video
• Cấu trúc bit stream MPEG 2 Video
Quantized DCT 1 block 8x8
(DCT VLC)
Macro block mode Motion Coded block Y block
Q valve C block
ADD vection pattern
Start Slide Q valve Macro block 1 Macro
code ADD Þ block n-1
Start Picture Slide Þ Slide 1 Slise m-1
code flags
Start Sequence Q weight Profile & Picture Þ Picture 1 Slise m-1
code parameters matrix level
Chỉ ra phân lọai của MPEG2 để khi giải nén sẽ thực hiện đúng với lọai
khi mã hóa
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 96
2. Mã hóa Dolby AC-3
Mã hóa đường
bao phổ tần audio
Audio PCM
IN BPF & phân
tích Chỉ định bit
Audio lấy mẫu
- 48 KHz Bit stream
Định dạng
Lượng tử hóa
- Q = 16 bit khung AC-3
II. DVD
1994 1995 1996 1997 1998 1999
SD DVD
MMCD
DVD Video block
DVD –R book (3,95GB)
DVD-RAM book (2,6GB)
SGH blue DVD-Audio book
Digital LD DVD-R (4,7G)
DVD-RAM (4,7G)
DVD RW (4,7GB
SGH blue được đọc bằng blue laser và được phát triển bởi poineer đây là đĩa
được phát triển từ digital LD ( laser digital )
Sau 1 thời gian, pioneer hợp tác với Toshiba ⇒ digital SD, loại đĩa này sử
dụng tia red laser có khả năng ghi đa kênh thông tin. Cũng trong thời gian này Sony
và Phillips hợp tác cho ra đời loại đĩa MMCD.
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 97
Tháng 8/ 1996 tiêu chuẩn đĩa DVD đầu tiên ra đời, trong đó nhấn mạnh cho
việc sử dụng phương pháp biến độ 8 tới 16 modulation trong việc ghi thông tin số lên
đĩa và cùng thời gian này đĩa DVD chính thức được phát hành.
1. Đĩa DVD – R và DVD – RW
Thông số kỹ thuật đĩa:
Thông số DVD DVD – Rom DVD – R DVD – RW
1 lớp
Độ dài sóng tia laser 635 / 650 Nm /CD: 780nm
45 → 85% 18 → 30%
Độ tương phản
Hình dạng track data Hình xoắn ốc
0,74 µ m // 1,6 µ m
Khoảng cách giữa các track
Biến điệu data 8 to 16 modulation
Phương pháp dò lỗi Dùng mã Reed – solomon
Tốc độ bit / kênh 26,16 Mbp/s
Tốc độ quét 3,49 m /s
Dung lượng 4,7 Gbyte
Cấu trúc của đĩa DVD –R và DVD – RW hoàn toàn giống nhau, tuy nhiên vật
liệu chế tạo mặt đĩa khác nhau cho nên với DVD- R chỉ cho phép ghi một lần còn với
DVD – RW cho phép ghi / xóa khoảng 1000 lần.
Vùng kẹp đĩa
Vùng thông tin đĩa
Vùng lead in
Vùng data
Vùng Lead - Out
Hình 6.2 cấu tạo đĩa DVD&DVD rewrite
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 98
Land
Track
Việc truy xuất thông tin trên đĩa DVD
ghi
là tuần tự không truy xuất ngẫu nhiên.
groover
2. DVD –RAM:
Định dạng track ghi:
Việc ghi thông tin trong DVD – RAM
Land được tiến hành trên cả các land và các
groove
Track Vật liệu chế tạo đĩa này có khả năng
ghi
nhạy cảm với nhiệt độ.
Khi dùng tia laser với cường độ chiếu
lên các track ghi sẽ làm vật liệu này
nóng chảy và sau đó đông đặc lại nhanh
chóng và tạo thành các lớp vật liệu
rãnh không kết tinh ở dạng tinh thể. Khi ở
trạng thái này thì DVD – RAM được
xem như xóa trắng, lúc cần ghi data sử dụng tia laser có cường độ trung bình chiếu lên
các vị trí của track làm các điểm này kết tinh lại ⇒ độ phản chiếu tia sáng laser ở
những đọan kết tinh và không kết tinh là khác nhau ⇒ có thể lưu thông tin.
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 99
a. Thông số kỹ thuật DVD – RAM Version 1.0
Thông số kỹ thuật DVD –RAM
Bước sóng ghi 650nm
Phương pháp biến điệu 8 to 16 modulation
Kích thước 1 sector 2kb
Kích thước 1 block 32kb
Số vùng dữ liệu 24 35
0,41 µ m / bit 0,28 µ m / bit
Độ dài bit
Khoảng cách giữa các track ghi 0,74 µ m 0,615 µ m
Tốc độ dữ liệu 11,08 Mbit / s 22,16 Mbps
Dung lượng đĩa 2,6 Gbytes 4,7 Gb
b. Thông số kỹ thuật DVD – RAM Version 1.0
Thông số kỹ thuật DVD – RAM
Số vùng dữ liệu 35
0, 28µ m / bit
Độ dài bit ghi
0, 615µ m
Khoảng cách giữa các track
22,16Mbps
Tốc độ dữ liệu
Dung lượng đĩa 4,7 Gbytes
Các thông số khác Giống version 1.0
Trong DVD – RAM dữ liệu được truy xuất ngẫu nhiên
sector
2K6
Zone n-1
N=24/35
Zone 2
Zone 1
Lead in
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 100
IiI. MÃ HÓA DỮ LIỆU TRƯỚC KHI GHI
Data
1 sector Header
2048 byte 4 byte 2 byte 6 byte
ID
Header 2048 byte EDC
ID error Copy
detection protection
2064 byte
EDC Erro detection
Code, 4 byte
Hàng 1
172 byte
1 sector
12 hàng Hàng 2
172 byte
Hàng 12
172 byte
172 byte
192 16 sector
hàng
172 byte
172 byte
208 192 16 sector
172 byte
hàng hàng
Parity cho sector 1
172 byte
16
hàng
Parity cho sector 16
172 byte
Parity
182 byte
172 byte 182 byte
12
hàng
208 172 byte 182 byte
hàng
Parity
182 byte
172 byte
3 byte 3 byte
syns syns
10 byte
91 byte 91 byte
kiểm tra
parity
3 byte 3 byte
13 syns syns
hàng 91 byte 91 byte
8 to 16 modulation
Hình 6.3 sơ đồ mã hóa dữ liệu trước khi ghi DVD
DVD
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 101
IV. SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT DVD
Dram
1M
SPM PUH RF Data
Amp processor
Sled
Tray motor
motor
PUH Driver
& Motor
driver
DAC
Audio Out
8M
EEROM
SD MPEG2 Video
RAM AC-3
Main CPU driver Vidoe Out
1M Decoder
EEROM
(24C04)
SW Power Dram Display &
supply 1M keyboard
Hình 6.4 Sơ đồ khối tổng quát DVD
PUH : Pick up Head
SPM : Spindle Motor: động cơ quay đĩa
Sled motor : động cơ di chuyển đầu đọc
Tray motor : động cơ điều khiển khay đĩa
PUH driver & Motor driver : điều khiển các cuộn focus và tracking; điều khiển
tốc độ quay của động cơ spindle và di chuyển đầu đọc đến track mong muốn.
RF Amp: phân tích các tín hiệu RF, TE ( tracking error ) và FE ( focus error ),
pull –in
Data processor : giải biến điệu 8 to 16 modulation để tạo lại khung tín hiệu gốc
audio và video.
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 102
a. Khối PUH: gồm 1 diode laser, hệ thống thấu kính, cuộn focus, cuộn
tracking và hệ thống diode cảm quang ( sensor )
Focus
Tracking A B
Vật E F
kính C D
Bộ cảm quang gồm 6 diode cảm
quang
Mặt đĩa
Vật kính
Thấu kính trực chuẩn
Gương rẻ hướng chùm
tia phản xạ
Bộ cảm
quang Kính nhiễu xạ
Laser diode
Hình 6.5 Khối PUH
b. Khối PUH Driver và Motor Driver ( servo control )
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 103
Xử lý
RF
LPF
data
RF Amp processor
Digital
servo
Focus coil Servo
DSP
PULL in
Cảm Tracking error
quang
Skew error
Focus coil
Tracking coil Driver
spindle
Slled motor
Skew compensated
Hình 5.6 Khối PUH driver & motor driver
PULL – in DVD 1 layer / 2 layer
Tracking error : Đúng tracking CD/DVD
• Điều khiển focus: DVD player nhận biết tình trạng focus thông biên biên độ
của tín hiệu RF. Khi mất hội tụ ⇒ biên độ tín hiệu RF nhỏ ⇒ xuất tín hiệu
điều khiển cuộn focus.
• Điều khiển tracking: dựa trên thông tin nhận được từ E và F: E – F = 0 ⇒ đang
đọc đúng track, E – F ≠ 0: sai track ⇒ điều khiển cuộn tracking.
• Phân biệt dĩa DVD và CD : Dựa trên điện áp sai lệch TE = E – F ( Tracking
error ) để ⇒ lọai đĩa. Nếu điện áp TE thấp ( ≈ 0.4 V ) ⇒ đĩa là DVD, đối với
đĩa CD thì điện áp TE khoảng 2V
• Pull in: là tín hiệu tạo ra tử bộ cảm quang ABCD. Nếu đọc đĩa DVD 1 lớn ⇒
cường độ tia phản xạ mạnh ⇒ Pull in ∼ 1V, ngược lại với đĩa DVD 2 lớp ⇒
cường độ phản xạ yếu ⇒ VPull in ∼ 0,5V.
• Điều khiển Skew : độ nghiêng mặt đĩa. Một số DVD player dùng thêm 2 bộ
cản quang G và H để đo mặt nghiêng của đĩa. Nếu đĩa bị cong vật lý ⇒ chùm
tia tới mặt đĩa sẽ cho cường độ tia phản xạ bị sai số ⇒ bù góc nghiêng.
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 104
Ngoài ra khối Servo còn có nhiệm vụ điều khiển tốc độ động cơ quay đĩa
spindle motor để đảm bảo sao cho tốc độ đọc đĩa ổn định từ trong ra ngoài. Khối này
cũng điều khiển đầu đọc từ trong ra ngoài thông qua động cơ trượt sled motor.
c. Khối AV decoder
SDRAM
16M
Memmory MPEG
Demultiplexer
DVD stream
interface audio
CD stream
Audio
Audio
AC-3 channel
decoder
27MHz
Clock CPU PCM
control interface
Video
Video Mixer channel
decoder
On screen
display
Hình 6.7 Khối AV decoder
d.Đường đi của dòng bit trong DVD
Dòng bit trong DVD gồm 5 thành phần cơ bản
• PES audio ( packetized elementary stream )
• PES Video
• PES Subpicture: dòng ảnh phụ
• PCI : Presentation Control Information
• DSI : Data Search Information
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
- Bài giảng thiết bị đầu cuối viễn thông 105
DSI DSI
buffer decoder
PCI PCI
buffer decoder
Video Video
buffer decoder
Demulti
buffer
Error plexer
EFD+ correction
Audio Audio
buffer decoder
~10,08M
~13,08M ~12,08M bps
bps bps
Bit
Sub- Sub-
stream
picture picture
26.16
buffer decoder
Mbits
Hình 6.8 Đường đi của dòng bit trong DVD
Th.S Trần Viết Thắng, chủ biên; Ths. Võ Đình Tùng
nguon tai.lieu . vn