Ứng dụng kỹ thuật mã hóa video h 265 HEVC xây dựng hệ thống truyền hình số tại tỉnh quảng ngãi

Đ IăH CăĐĨăN NG TR NGăĐ IăH CăS ăPH M VẪăNG CăTU N NGăD NGăK ăTHU TăMẩăHịAăVIDEOăH.265/HEVC XÂYăD NGăH ăTH NGăTRUY NăHỊNHăS T IăT NHăQU NGăNGẩI LU NăVĔNăTH CăSƾăH ăTH NGăTHỌNGăTIN ĐƠăN ng - Nĕmă2019 Đ IăH CăĐĨăN NG TR NGăĐ IăH C S ăPH M VẪăNG CăTU N NGăD NGăK ăTHU TăMẩăHịAăVIDEOăH.265/HEVC XÂYăD NGăH ăTH NGăTRUY NăHỊNHăS T IăT NHăQU NGăNGẩI ChuyênăngƠnh:ăH ăth ngăthôngătin Mưăs :ă848.01.04 LU NăVĔNăTH CăSƾă NG IăH NGăD NăKHOAăH C PGS-TSKH.ăTR NăQU CăCHI N ĐƠăN ng- nĕm 2019 D� tai: NG D)NG KY THU�T MA HOA VIDEO H.265/HEVC XAY DNG Ht THONG TRUYEN HINH SO T-1 TINH QUANG NG.I H9c vien: Vo NgQc Tu§n Chuyen nganh: H� Th6ng Thong Tin Ma s6: 60.48.01.04 Kh6a: K34, D�i hQc Str phlm Tom tlt- Cac ky thu�t ma h6a nen video da dtr'C phat triSn va cai thi�n nhiSu th�p ky dS giam thiSu dung luqng video, giup cho vi�c truySn d�n video qua m�ng truySn thong don gian hon Hi�n nay, H.264/A vc la tieu chuin nen ma h6a video dtr'C S' d,mg ph6 bi€n tren toan th€ gi6i Tuy nhien, nhu cAu vs video chrt lu9ng cao hon, t6c dQ khung hlnh cao han, chu1g h�n nhu video HD, UltraH, 4K va 8K, thi H.264/AVC v�n chua c6 kha nang nen t6t nhit Vl v�y, m9t chu§n nen video m&i H.265/HEVC da duqc phat triSn, khong chi co kha nang ma hoa t6t nhilng video co phan giai cao ma giam duqc dung luqng video ma hoa m>t nua so v6i chuin nen H.264/ AVC Tim hiSu lich SU phat triSn cua chu§n H.265/HEVC va cac san ph§n lien quan d€n chu§n nen nay, di€u n6i Jen tfnh kha nang thay th€ tuang lai d6i v&i chuin nen ti€n nhi�m H.264/AVC Phan tfch ca ban cac khau quan tr9ng kT thu�t nen tin hi�u video H.265/HEVC tren ca so vua phan tfch vua so sanh v&i chuin nen ti€n nhi�m H.264/AVC Vi�c phan tfch va so sanh chuin nen H.264/AVC va H.265/HEVC dS thry ro cac diSm n6i tr>i han cua chuin nen va nherng cai tiin m&i cua chuAn nen moi, la n€n tang phan tfch phan tfch danh gia va so sanh duqc ro rang hon Trong chuong 3, D1,1a tren ca so h� tAng s�n c6 cua h� th6ng DVB-T2 phat s6ng s6 m�t drt t�i Dai phat va truy€n hlnh Quang Ngai ( PTQ) dang su di,mg chu§n nen H.264/AVC, xay d1,1ng mo hlnh nang crp thay th€ bing chuin nen m&i H.265/HEVC vao h� th6ng s�n c6 theo hu6ng: Ti€t ki�m chi phi thay th€ va nang crp ma khong anh hu6ng nhi€u d€n quy ho�ch phu s6ng s6 da d?t >6ng thoi th[ nghi�m tren thiit bi thvc ti va cac thong s6 va quan sat chrt lu9ng hlnh anh th1,1c t� qua cac thi�t bi thfr nghi�m Tac gia da t6m Hit k€t qua d�t duqc va dua hu6ng phat triSn ti�p theo Tr h6a- ma h6a nen tien ti€n H.264/AVC; Ma h6a hi�u suit cao H.265/HEVC; s6 m�t drt DVB-T2; truy€n hlnh s6 phan giai cao HDTV; Dai phat va truySn hlnh Quang Ngai PTQ (5 Xac nh�n cua giao vien hu6ng d�n tu kh6a) Nguai thµc hi�n t€ tai / -r� � , � Name of thesis: APPLICATION OF H.265 I HEVC (HIGH EFFICIENCY VIDEO CODING) TECHNIQUE TO BUILD DIGITAL TELEVISION SYSTEM IN QUANG NGAI PROVINCE Full name of Master student : VO NGOC TUAN Major : Inormation System Supervisors: PGS.TSKH TRAN QUOC CHIEN Training institution: Pedagogical University Abstract- Video coding techniques have been developed and improved over the years to reduce video capacity, making video transmission over the network simpler At present, H.264 I AVC is the video coding standard widely used in the world However, with the demand or higher quality video, higher frame rates, such as HDTV video, UltraH, 4K and 8K, H.264 I AVC still does not have the best compression So a new H.265 I HEVC video compression ormat has been developed not only to encode high-deinition video but also to reduce the video encoding capacity by a half compared to H 264/AVC video compression Studying the development history of the H.265/EVC standard and its related products would lead to a possibility of uture replacement or the H.264/AVC compression standard, which is in widespread use today Basic analysis of the key aspects of H.265/HEVC video compression technology is based on both analytical and comparative H.264/AVC compression The analysis and comparison of the H.264/AVC and H.265/HEVC compression standards aims at showing the highlights and enhancements of the new compression standard It is the foundation or analyzing and evaluating video coding perormance in Chapter In chapter 3, Based on the existing infrastructure of the terrestrial DVB-T2 syste.m at Quang Ngai Radio and Television (PTQ) is using H.264 I AVC compression standard, the upgrade model is replaced by the new H.265 I HEVC standard in the existing system in such a way that cost saving and code upgrade not afect Jhe digital coverage planning At the same time, practical experiments and measurement of parameters and visual observation of actual images were carried out through the test equipments The author has summarized the results achieved and proposed recommendations for urther development.Key words- Advance Video Coding 1264/AVC; High Eiciency Video Coding H.265/HEVC; Terrestrial broadcasting system DVB-T2 high-deinition digital television HDTV; Quang Ngai Radio and Television PTQ (5 keywords) Supervior's confirmation Student iv M CăL C L IăCAMăĐOAN i TịMăT TăĐ ăTĨIăB NGăHAIăNGỌNăNG ăTI NGăVI TăiiVĨăTI NGăANH ii M CăL C iv DANHăM CăCÁCăKụăHI U,ăCÁCăCH ăVI TăT T vii DANHăM CăCÁCăB NG ix DANHăM CăCÁCăHỊNH x MỞăĐ U 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên c u Đối t ợng ph m vi nghiên c u Ph ơng pháp nghiên c u Ý nghĩa khoa học thực tiễn c a đề tài nghiên c u Bố cục luận văn CH NGă1.ăT NGăQUANăV ăTRUY NăHỊNHăS ăVĨăC ăSỞăNÉNăVIDEO 1.1 Tổng quan hệ thống truyền hình số 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình số 1.1.3 Đặc điểm truyền hình số 1.1.4 Quá trình số hóa tín hiệu 1.1.5 Tốc độ bit độ rộng băng thông 1.1.6 Quá trình biến đổi tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu màu 1.2 Nén tín hiệu video 1.2.1 Các kỹ thuật nén tín hiệu video 1.2.2 Tỷ số nén tín hiệu video 1.2.3 Phân lo i kỹ thuật nén tín hiệu video 10 1.2.4 Biến đổi cosin r i r c 10 1.2.5 Q trình l ợng tử hóa 11 1.2.6 Tiêu chuẩn đánh giá tín hiệu video 12 1.3 Mơ hình cấu trúc DVB-T2 12 CH NGă2 CÁCăK ăTHU TăMẩăHịAăVIDEO 15 2.1 Lịch sử phát triển chuẩn nén phát triển s n phẩm liên quan đến mư hóa H.265/HEVC 15 2.1.1 Lịch sử phát triển 15 2.2 Kỹ thuật mư hóa video H.264/AVC 17 2.2.1 Sơ đồ mư hóa gi i mư chuẩn H.264/AVC 17 v 2.2.2 Cấu trúc H.264/AVC 18 2.3 Kỹ thuật mư hóa video H.265/HEVC 20 2.3.1 Sơ đồ mư hóa gi i mư chuẩn H.265/HEVC 20 2.3.2 Các profiles level 20 2.3.3 Phân vùng nh 22 2.3.3.1 Phân vùng nh m c cao 22 2.3.3.2 Các tập tham số H.265/HEVC 24 2.3.3.3 Cấu trúc khối phân vùng khối nh 25 2.3.4 Biến đổi l ợng tử hóa 27 2.3.5 Các chế độ dự đoán 30 2.3.5.1 Chế độ dự đoán nh 31 2.3.5.2 Chế dự đoán liên nh 32 2.3.6 In-loop Filtering 33 2.3.7 Mã hóa Entropy 35 2.4 So sánh, đánh giá đặc điểm b n H.264/AVC H.265/HEVC 36 2.4.1 So sánh phân vùng hình nh - cấu trúc mư hóa nh 36 2.4.2 So sánh dự đoán nh 36 2.4.3 So sánh dự đoán liên nh 37 2.4.4 So sánh biến đổi l ợng tử hóa 38 2.4.5 So sánh mã hóa Entropy 38 2.4.6 So sánh In-loop Filtering 39 2.4.7 Cấu trúc xử lí song song 39 2.4.8 Tóm tắt so sánh kỹ thuật mư hóa H.265/HEVC H.264/AVC 39 CH NGă3 NGăD NGăK ăTHU TăMẩăHịAăH.265/HEVC XÂYăD NGăH ă TH NGăTRUY NăHỊNHăS 42 3.1 Hệ thống truyền dẫn số mặt đất DVB-T2 42 3.2 Gi i pháp đề xuất hiệu qu c a áp dụng mư hóa H.265/HEVC 44 3.2.1 Gi i pháp đề xuất 44 3.2.2 Hiệu qu đ t đ ợc 45 3.3 Xây dựng hệ thống DVB-T2 kỹ thuật mư hóa H.265/HEVC 46 3.3.1 Mơ hình tr m phát sóng DVB-T2 sử dụng H.265/HEVC 46 3.3.2 Một số thiết bị mư hóa nguồn sử dụng mư HEVC 48 3.4 Phân tích, so sánh đánh giá khách quan kết qu ng dụng 48 3.4.1 Thiết lập điều kiện để thực 48 3.4.2 Phân tích kết qu đánh giá khách quan 52 3.5 Kết qu ng dụng mơ hình DVB-T2 với H.265/HEVC thực tế 61 3.5.1 Thiết bị mơ hình thử nghiệm 61 vi 3.5.2 Tín hiệu vào kiểm tra 62 3.5.3 Thiết lập cấu hình 62 3.5.4 Kết qu thử nghiệm nhận xét 63 K TăLU NăVĨăKI NăNGH 65 DANHăM CăTĨIăLI UăTHAMăKH O QUY TăĐ NHăGIAOăĐ ăTĨIăLU NăVĔNă(B năsao) vii DANHăM CăCÁCăKụăHI U,ăCÁCăCH ăVI TăT T AMP AMVP AVC CABAC CAVLC CB CTB CTU CU DCT DF DST DVB-T2 EPZS GOP HDTV HEVC LF MB : Đa xử lý không đối x ng Asymmetric motion partition : Dự đoán vecto chuyển động nâng cao Advanced MV prediction : Nén video Advance Video Coding (H.264/AVC) : Mư hóa sơ học nhị phân thích nghi nội dung Context-adaptive binary arithmetic coding : Mư hóa độ dài thay đổi thích ng bối c nh Context-adaptive Variable Length Coding : Khối mư hoá Coding Block : Khối mư hóa Coding Tree Block : Đơn vị mư hóa Coding Tree Unit : Đơn vị mư hóa Coding Unit : Biến đổi Cosin r i r c Discrete Cosine Transform : Bộ lọc tách khối Deblocking filter : Biến đổi sin r i r c Discrete Sine Transform : Chuẩn truyền hình số hệ : Tìm kiếm khu vực dự đoán nâng cao Enhanced predictive zonal search : Nhóm nh Group Of Pictures : Truyền hình độ phân gi i cao high-definition television : Mư hóa video hiệu suất cao High Efficiency Video Coding : Bộ lọc vòng Loop filtering : Đa khối viii MC ME MOS MPEG MV NAL PB PU QP SAO PTQ TB TCOEFF TU UHDTV VCL VTV WPP Macroblock : Bù chuyển động Motion Compensation : Dự đoán chuyển động Motion estimation : Ý kiến đánh giá trung bình Mean Opinion Score : Nhóm chuyên gia nh động Moving Picture Experts Group : Vecto chuyển động Motion vectors : Lớp trừu t ợng mư hóa m ng Network Abstract Layer : Khối dự đoán Prediction Block : Đơn vị dự đoán Prediction Unit : Thông số l ợng tử Quantization Parameter : Bù thích ng mẫu Sample-adaptive offset : Đài truyền hình Qu ng Ngưi : Khối biến đổi Transform Block : Hệ số chuyển đổi Transform domain coefficients : Đơn vị biến đổi Transform Unit : Truyền hình độ phân gi i siêu cao Ultra high-definition television : Lớp mư hóa video Video Coding Layer : Truyền hình Việt Nam : Kỹ thuật xử lý song song sóng tr ớc Wave-front Parallel Processing ... sánh kỹ thuật dự đoán nh H. 264/AVC H. 265/ HEVC 37 2.6 2.7 Kích th ớc khối bù chuyển động H. 265/ HEVC H. 264/AVC B ng tóm tắt so sánh số kỹ thuật mư h? ?a H. 265/ HEVC H. 264/AVC 38 40 3.1 Bộ thông số cho... MHz, với băng tần ta truyền vài ch ơng trình truyền h? ?nh số có nén cách thực ghép kênh điều chế số chúng .Truyền h? ?nh số tên gọi h? ?? thống truyền h? ?nh mà tất c thiết bị kỹ thuật từ Studio máy thu... Thiết bị thu H? ?nh 1.1 Sơ đồ tổng quát h? ?? thống truyền h? ?nh số Bộ biến đổi tín hiệu t ơng tự thành tín hiệu số (A/D) biến đổi tín hiệu truyền h? ?nh t ơng tự thành tín hiệu truyền h? ?nh số, tham số