CONG NGH NEN NH MPEG 4 AVC VA NG DNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TAO TRƯỜNG………………… Đồ án CÔNG NGHỆ NÉN ẢNH H.264/MPEG - AVC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ Ch CÁC PH NG D NG ng NG PHÁP NÉN NH C 1.1 TIểU CHU N VIDEO S S THẨNH PH N Trong kỹ thuật viễn thơng, truyền hình số thường sử dụng tín hiệu video số thành phần cho c hai tiêu chuẩn 625/50 525/60 Các tiêu chuẩn khác tỷ lệ tần số lấy mẫu phương pháp lấy mẫu tín hiệu chói tín hiệu màu (Y:Cb:Cr) Các tiêu chuẩn dùng cấu trúc lấy mẫu lo i trực giao với mã PCM lượng tử hoá đều, sử dụng 16 bít/ mẫu cho tín hiệu chói màu 1.1.1.Tiêu chu n 4:4:4 Lấy mẫu Y, Cb,Cr Lấy mẫu Y Lấy mẫu Cb Lấy mẫu Cr Hình 1.1 Tiêu chu n 4:4:4 - Tần số lấy mẫu: Y:13,5 MHz ; Cr/Cb: 13,5 MHz - Phân bố lấy mẫu: Mật độ lấy mẫu Y, Cr, Cb - Tốc độ truyền (phụ thuộc hệ màu): + Lấy mẫu bít: (720 + 720 + 720) x 576 x x 25 = 249 Mbit/s + Lấy mẫu 10 bít: (720 + 720 + 720) x 576 x 10 x 25 = 311 Mbit/s Nhận xét: Tốc độ dịng bít lớn nhất, chất lượng nh màu tốt Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG 1.1.2.Tiêu chu n 4:2:2 Lấy mẫu Y, Cb,Cr Lấy mẫu Y Lấy mẫu Cb Lấy mẫu Cr Hình 1.2 Tiêu chu n 4:2:2 - Tần số lấy mẫu: Y:13,5 MHz ; Cr/Cb: 6,75 MHz - Phân bố lấy mẫu: Mật độ lấy mẫu Y gấp đôi Cr, Cb Khi gi i mã màu điểm nh sau suy từ điểm nh trước - Tốc độ truyền (phụ thuộc hệ màu): + Lấy mẫu bít: (720 + 360 + 360) x 576 x x 25 = 166 Mbit/s + Lấy mẫu 10 bít: (720 + 360 + 360) x 576 x 10 x 25 = 207 Mbit/s Nhận xét: Tốc độ truyền tiêu chuẩn 4:2:2 nhỏ tiêu chuẩn 4:4:4 Vì chất lượng nh màu 1.1.3.Tiêu chu n 4:2:0 Lấy mẫu Y, Cb,Cr Lấy mẫu Y Lấy mẫu Cb Lấy mẫu Cr Hình 1.3 Tiêu chu n 4:2:0 - Tần số lấy mẫu: Y:13,5 MHz ; Cr/Cb: 3,375 MHz - Phân bố lấy mẫu: Mật độ lấy mẫu Y gấp lần Cr, Cb xếp xen kẽ Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG - Tốc độ truyền (phụ thuộc hệ màu): + Lấy mẫu bít: (720 + 360) x 576 x x 25 = 124,4 Mbit/s + Lấy mẫu 10 bít: (720 + 360) x 576 x 10 x 25 = 155,5 Mbit/s Nhận xét: Tốc độ truyền thấp nhất, chất lượng nh màu tiêu chuẩn 4:2:2 1.1.4.Tiêu chu n 4:1:1 Lấy mẫu Y, Cb,Cr Lấy mẫu Y Lấy mẫu Cb Lấy mẫu Cr Hình 1.4 Tiêu chu n 4:1:1 - Tần số lấy mẫu: Y:13,5 MHz ; Cr/Cb: 3,375 MHz - Phân bố lấy mẫu: Mật độ lấy mẫu Y gấp lần Cr, Cb - Tốc độ truyền (phụ thuộc hệ màu): + Lấy mẫu bít: (720 + 180 + 180) x 576 x x 25 = 124,4 Mbit/s + Lấy mẫu 10 bít: (720 + 180 + 180) x 576 x 10 x 25 = 155,5 Mbit/s Nhận xét: Tốc độ truyền tiêu chuẩn 4:1:1 tốc độ truyền tiêu chuẩn 4:2:0 Nhưng gi i mã màu điểm nh sau ph i suy từ điểm nh màu trước nên độ thật màu kkông tiêu chuẩn 4:2:0 Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG 1.2 CÁC KHÁI NI M 1.2.1 Mơ hình nén nh Nguồn Biểu diễn thuận lợi Lượng tử hoá Gán từ mã Xử lý kênh Mã hoá video Gi i L.T.H Gi i từ mã Biểu diễn thuận lợi Video khơi phục Gi i mã video Hình 1.5 Mơ hình h th ng nén video - Mã hoá video: + Ban đầu, tín hiệu video biểu diễn d ng thuận tiện để nén có hiệu qu Sự biểu diễn chứa nhiều mẩu thơng tin để mơ t tín hiệu thơng tin quan trọng tập trung cho phần nhỏ mô t Trong cách biểu diễn tín hiệu có hiệu qu , có phần nhỏ liệu cần thiết để truyền cho việc tái t o l i tín hiệu video Vì điểm cốt yếu ph i xác định mã hóa + Lượng tử hố q trình rời r c hố thông tin biểu diễn thành số hữu h n mức để truyền tín hiệu video qua kênh số + Gán từ mã việc biến từ mã thành chuỗi bít để biểu diễn mức lượng tử hoá - Bộ gi i mã video trình diễn ngược l i 1.2.2 D thừa thơng tin tín hi u video Nén số liệu trình gi m lượng số liệu cần thiết để biểu diễn lượng thông tin cho trước Giữa số liệu thơng tin có khác nhau, số liệu phương tiện để truyền t i thông tin Cùng lượng thông tin cho trước biểu diễn lượng số liệu khác Và điều gây dư thừa số liệu Độ dư thừa số liệu vấn đề trung tâm nén nh số Để đánh giá độ dư thừa người ta đưa tỉ lệ nén (CN) Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG Gọi N1 N2 lượng số liệu hai tập hợp số liệu biểu diễn lượng thơng tin cho trước độ dư thừa số liệu tương đối (R D) tập hợp số liệu thứ so với tập hợp số liệu thứ hai định nghĩa hệ thức sau: RD 1 CN Trong đó: C N N1 N2  Nhận xét: • Nếu N1 = N2 CN = RD = Khơng có số liệu dư thừa • Nếu CN = RD N1 N2 N1 N2 Độ dư thừa số liệu tương đối tập số liệu thứ lớn so với tập liệu thứ hai  Lưu ý: Tỉ lệ nén cao làm gi m chất lượng hình nh ngược l i Trong chất lương hình nh tính số bít cho điểm nh nh nén, ký hiệu Nb Nb = Số bít nén/ Số điểm a) Dư thừa thống kê Hầu tất c nh thông tin trùng lặp t o dư thừa thông tin Sự dư thừa không tồn t i ph m vi nh (gọi dư thừa không gian) mà nh liền chuỗi nh t o thành khung c nh truyền hình (gọi dư thừa theo thời gian) Tập hợp dư thừa gọi dư thừa thống kê b) Dư thừa cảm nhận sinh lý mắt người Mắt người phân biệt có giới h n tín hiệu chói tín hiệu màu Do khái niệm lưu nh mắt lo i bỏ thông tin vượt kh nhận biết mắt người 1.2.3 Sai l ch bình ph ng trung bình (RMS) Sai lệch bình phương trung bình hệ số cho phép đánh giá gi i thuật nén, khác thống kê nh nén nh gốc Ký hiệu RMS (Root Mean Square) tính biểu thức: Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ RMS Trong đó: n n (Xi NG D NG ' X i )2 i RMS: sai lệch bình phương trung bình Xi : Giá trị điểm nh ban đầu Xi’ : Giá trị điểm nh sau gi i nén n : Tổng số điểm nh nh 1.3 LÝ THUY T THƠNG TIN - ENTROPY Lượng thơng tin chứa đựng chi tiết nh tỉ lệ nghịch với kh xuất Lượng thơng tin hình nh tổng số lượng thơng tin phần tử nh Khi ta xét đến: - Entropy đo giá trị thơng tin trung bình chứa đựng nh entropy xác định lượng thơng tin trung bình nhỏ biểu diễn giá trị nhị phân qua q trình mã hố để b o tồn kh khơi phục nh gốc Từ ta có nhận xét: • Độ dài trung bình từ mã qua phương pháp nén nhỏ entropy nh mã hố • Tốc độ bít sau nén nhỏ giới h n entropy nh -L ng thông tin c a ph n t l ( xi ) log P( xi ) nh: log P( xi ) l(xi): lượng thông tin phần tử nh xi P(xi): xác suất xuất phần tử nh xi Nếu hình nh biểu diễn phần tử x1, x2, x3 … xác suất phần tử nh tương ứng P(x1), P(x2), P(x3), … Trong đó: -L ng tin t c bình quơn c a hình nh (entropy c a hình nh): n H ( x) n P( xi ).l ( xi ) i P( xi ) log P( xi ) i Entropy hình nh xác định số lượng bít trung bình tối thiểu cần thiết để biểu diễn phần tử nh Trong công nghệ nén không tổn hao, entropy Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG giới h n tỉ số bit/pixel Nếu tín hiệu video nén với tỉ số bít/phần tử nhỏ entropy, hình nh bị thơng tin q trình nén có tổn hao 1.4 CÁC PH NG PHÁP NÉN VIDEO Các hệ thống nén phối hợp nhiều kỹ thuật xử lý nhằm gi m tốc độ bit tín hiệu số mà đ m b o chất lượng nh phù hợp với ứng dụng định Hình 1.6 phân lo i kỹ thuật nén sử dụng chuẩn nén JPEG (Joint photographic Expert Group) MPEG (Moving Picture Expert Group) Nén Video Nén không thông tin DCT VLC RLC Nén có thơng tin Tách vùng xố Lấy mẫu JPEG, MPEG-1/2, DV • Huffman Các giá trị mã hố theo số • Mã hoá entropy ch y (RUN) Các giá trị = truyền dọc theo dịng qt Hình 1.6 Các ph Lượng tử hóa, VLC DPCM Cho hệ số DCT Sử dụng cho tín hiệu màu C ng pháp nén vƠ ph i h p k thu t JPEG & MPEG 1.4.1 Nén không m t thơng tin Cho phép khơi phục l i tín hiệu ban đầu sau gi i nén Hệ số nén nhỏ 2:1 Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG a) Mã hóa với độ dài biến đổi (VLC) Phương pháp gọi mã hoá Huffman mã hoá Entropy dựa kh xuất biên độ trùng hợp nh Nó thiết lập từ mã ngắn cho giá trị có tần suất xuất cao từ mã dài cho giá trị cịn l i b) Mã hố với độ dài động (RLC) RLC dựa lặp l i giá trị mẫu để t o từ mã đặc biệt biểu diễn bắt đầu kết thúc giá trị lặp l i Vì mẫu có giá trị khác khơng mã hố, mẫu có giá trị khơng truyền dọc theo dòng quét c) Sử dụng khoảng xố dịng mành Các thơng tin xố dịng xố mành khơng ghi giữ truyền mà thay liệu đồng ngắn tuỳ theo ứng dụng d) Biến đổi cosin rời rạc (DCT) DCT phương pháp biến đổi tín hiệu rời r c hàm cosin Trong m ng x điểm nh mã hóa phương pháp DCT Q trình DCT thuận nghịch coi không thông tin độ dài từ mã hệ số 13 14 băng tần dòng video số sử dụng bít biểu diễn mẫu 1.4.2 Nén có m t thông tin Là sau nén số thông tin bị chất lượng nh bị suy hao q trình làm trịn lo i bỏ giá trị ph m vi khung hình hay khung hình Hệ số nén cho phép từ 2:1 đến 100:1 a) Lấy mẫu (Subsampling) Đây phương pháp nén có hiệu qu độ phân gi i nh sau gi i nén gi m so với hình nh ban đầu Kỹ thuật áp dụng cho lấy mẫu tín hiệu màu với tín hiệu video số thành phần, nhờ cấu trúc lấy mẫu cho phép gi m tốc độ liệu dịng bít (ví dụ cấu trúc 4:2:0; 4:1:1) Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG b) Điều xung mã visai (DPCM) DPCM phương pháp mã hóa dự đốn thay truyền c khung mẫu, kỹ thuật mã hóa truyền khác giá trị mẫu Giá trị sai lệch cộng vào giá trị mẫu gi i mã trình gi i nén để t o l i giá trị mẫu cần thiết Quá trình DPCM làm gi m lượng entropy tín hiệu ban đầu Để hồn thiện thêm kỹ thuật nén DPCM sử dụng kỹ thuật dự đoán lượng tử hố thích nghi c) Lượng tử hố mã hố VLC hệ số DCT Phối hợp kỹ thuật cho phép biểu diễn khối điểm nh số bít t o hình nh nén cao 1.5 M T S Mẩ DỐNG TRONG K THU T NÉN 1.5.1 Mƣ hóa lo t dƠi RLC (Run Length Coding) - Nguyên tắc: Bước 1: Phát lo t (lo t bít hai bít ngược l i) Bước 2: Ký hiệu lặp Thay lo t chuỗi gồm chiều dài lo t (run length) ký tự lặp Ví dụ 12 giá trị cần ghi ESC120 thay cho ph i ghi 12 từ mã - Đặc m: + Chỉ có hiệu qu với chiều dài lo t lớn + Tỷ lệ nén chưa cao  mã hóa lo t dài thích nghi hay biến đổi VLC (Mã hóa Huffman mã hóa entropy) 1.5.2 Mã Huffman - Ngun tắc: Dựa vào mơ hình thống kê liệu gốc, ký tự có xác suất cao mã hóa với từ mã ngắn - Thu t toán: Bước 1: Sắp xếp xác suất ký hiệu theo thứ tự gi m dần Bước 2: Xét từ lên trên, hai ký hiệu có xác suất bé Qui định nhánh (hoặc 1) hợp l i với thành nút có xác suất tổng hai xác suất hợp thành (nhánh có xác suất lớn nhánh dưới) Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG dùng phép dịch chuyển (shift) b ng look – up So sánh với CAVLC, CABAC thường cho gi m tốc độ bit kho ng 10 – 15% mã hóa tín hiệu truyền hình có chất lượng 2.5.6 B lọc tách kh i vòng (In ậ loop deblocking filter) Một đặc trưng riêng mã hóa dựa sở khối nhìn thấy cấu trúc khối Các mép khối cấu trúc l i với độ xác pixel bên nhìn chung “d ng khối” (blocking) xem nhiễu (artifact) dễ thấy với phương pháp nén t i Hình 2.8 Tác d ng c a b lọc tách kh i đ i v i nh đ c nén nhi u Trái khơng có lọc tách khối Ph i có lọc tách khối Do nguyên nhân mà H.264/AVC xác định lọc tách khối thích nghi vịng, cường độ lọc điều khiển giá trị nhiều phần tử cấu trúc Tính khối bị gi m mà khơng nh hưởng nhiều tới độ sắc nét nội dung Hậu qu chất lượng chủ quan c i thiện đáng kể Đồng thời lọc gi m tốc độ bit kho ng 10 – 15% t o chất lượng nh chủ quan với video không lọc Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 41 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG 2.6 K THU T NÉN LIểN NH 2.6.1 Đánh giá chuy n đ ng (ME-Motion estimation): Hình nh chia thành khối (macroblock) Để xác định tọa độ từ nh n sang nh n+1 cách so sánh tương quan mẫu macroblock (hình 2.9) Hình 2.9 Nguyên lỦ đánh giá chuy n đ ng Giá trị so sánh thường 1/2 lên tới 1/4 hay 1/8 pixel  Kết qu cho vector gọi vector chuyển động 2.6.2 Nguyên lỦ bù chuy n đ ng: (hình 2.10) - nh t i Fn đưa đến trừ (Subtract) ME - nh tham chiếu F’n-1 khung hình mã hóa trước (Lấy từ nhớ nh) đồng thời đưa vào ME MC (Bù chuyển động) Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 42 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG  Fn F’n-1 qua ME xác định vector chuyển động để đưa vào MC  Vector chuyển động với F’n-1 qua MC xác định phần khác biệt nh (hình 2.10) Hình 2.10 Nguyên lỦ bù chuy n đ ng - Phần khác biệt từ MC nh Fn vào trừ đưa thông tin khác biệt nh Dn  Dn thực theo chế nén nh 2.6.3 Bù chuy n đ ng slice P: Macroblock P mã hóa tham chiếu tới nh trước Các macroblock P phân chia linh ho t thành khối thích hợp thực chế bù chuyển động a/ Phân chia macroblock H.264 chia thành phần chói macroblock thành cỡ: + Mẫu 16x16, 16x8, 8x16 8x8 + Khi sử dụng khối 8x8, cịn chia tiếp khối 8x8 thành cỡ 8x8, 8x4, 4x8 4x4 Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 43 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG Hình 2.11 Phơn chia macroblock cho bù chuy n đ ng Việc phân chia macroblock cho phép lập mã xử lý vài lo i chuyển động tuỳ theo độ phức t p chuyển động nguồn lực tốc độ bit Hình 2.12 Sự lựa chọn kích th c block bù chuy n đ ng Nhìn chung, kích cỡ phân chia lớn phù hợp với việc xử lý chuyển động t i khu vực giống nh, kích cỡ phân chia nhỏ l i có Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 44 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG ích xử lý chuyển động t i chỗ có nhiều chi tiết Kết qu chất lượng hình nh cao hơn, bị vỡ khối Các thử nghiệm việc xếp hợp lý khung tăng tỷ lệ nén thêm 15% b/ Chọn nhiều hình tham chiếu Chuẩn nén MPEG-2 dựa khung tham chiếu để dự đoán chuyển động mang tính chu kỳ Tuy nhiên, camera thay đổi góc quay hay chuyển qua chuyển l i c nh, việc sử dụng khung tham chiếu khơng cịn phù hợp để dự đốn xác chuyển động Tương tự vậy, để đoán trước chuyển động phức t p sóng biển hay vụ nổ, ta cần ph i có nhiều khung tham chiếu Vì thế, chuẩn MPEG-4 AVC cho phép có tới khung tham chiếu phục vụ cho việc mã hoá khung Kết qu chất lượng video tốt hiệu suất nén cao Hình 2.13 Bù chuy n đ ng nhi u Frame NgoƠi vector chuy n đ ng, tham s tham chi u nh (Δ)cũng đ c truy n Ngoài mode macroblock bù chuyển động mô t trên, macroblock P – slice mã hóa mode gọi SKIP Đối với mode c tín hiệu lỗi dự đốn lượng tử hóa lẫn vectơ chuyển động tham số số tham chiếu không truyền Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 45 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG 2.6.4 Bù chuy n đ ng slice B: (Hình 2.14) Hình 2.14 Bù chuy n đ ng slice B: (a) khứ, tương lai, (b) khứ, (c) tương lai Các slice B mã hóa theo cách số macroblock block dùng trung bình trọng số hai giá trị dự đoán bù chuyển động riêng biệt Trong slice B, bốn d ng dự đoán nh inter khác hỗ trợ: dự đoán list 0, list 1, hai hướng (bi-predictive) trực tiếp (direct) + Dự đoán list  hiển thị tín hiệu dự đốn t o thành nhờ dùng bù chuyển động từ nh nhớ đệm nh tham chiếu + Dự đoán list  nh tham chiếu thứ hai sử dụng cho việc xây dựng tín hiệu dự đốn + Trong mode dự đốn hai hướng, tín hiệu dự đốn t o thành trung bình trọng số tín hiệu dự đoán bù chuyển động list list + Mode dự đoán trực tiếp  quy n p từ phần tử cấu trúc truyền trước dự đốn list list 1, dự đoán hai hướng Các slice B dùng phân nhỏ macroblock tương tự với slice P Ngoài mode Inter – 16 x 16, Inter – 16 x 8, Inter – x 16, Inter – x Intra, cịn có d ng macroblock dùng dự đốn trực tiếp, có nghĩa mode trực tiếp Ngoài Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 46 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG ra, phân chia 16 x 16, 16 x 8, x 16 x 8, phương pháp dự đoán (list 0, list 1, hai hướng) chọn lựa riêng biệt Sự phân chia x macroblock slice B mã hóa mode trực tiếp Nếu khơng có tín hiệu lỗi dự đốn truyền cho mode macroblock trực tiếp, quy n p đến mode SKIP slice B mã hóa hiệu qu , tương tự mode SKIP slice P Việc mã hóa vectơ chuyển động tương tự slice P với biến đổi thích hợp khối bên c nh mã hóa dùng mode dự đoán khác 2.7 SÁNH HI U QU CHU N Mẩ HÓA TR Mẩ HÓA C A H.264/AVC V I CÁC TIểU C ĐÓ 2.7.1 Nh ng u m k thu t c a H.264/AVC so v i MPEG-2 Video: Trong phần so sánh ưu điểm kỹ thuật H.264/AVC so với MPEG-2 video, chuẩn nén dùng phổ biến Từ phân tích đặc điểm kỹ thuật tiêu chuẩn H.264/AVC, ta thấy có số cơng cụ sử dụng, làm tăng hiệu qu nén nó: • Dự đốn hệ số AC/DC mà hệ số macroblock dự đoán từ hệ số macroblock bên c nh từ số liệu b n thân macroblock Tất nhiên việc gi i mã macroblock ph i thay đổi khác với thuật tốn dịng bit đơn gi n trước để đưa vào số tính tốn cho hệ số • Các cơng cụ tốn học CAVLC CABAC cho c i thiện đáng kể mã hóa entropy • Trong bù chuyển động MPEG-2 Part h n chế đến nội suy hai chiều ½ pixel H.264/AVC cho phép vectơ chuyển động đến xác ¼ pixel sau dùng nội suy nhiều chiều (bi–cubic) Nội suy nhiều chiều t o thích hợp cho macroblock, gi m lượng lưu Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 47 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG nh lỗi, làm gi m số bit cần ph i mã hóa Tuy nhiên nội suy nhiều chiều đòi hỏi nhiều thuật toán hơn, phức t p thực bù chuyển động cao • Việc dùng lọc tách khối c phía mã hóa gi i mã làm gi m không liên tục biên khối hệ số chất lượng khác sử dụng cho khối c nh gây Cơng cụ có nh hưởng đáng kể đến tính phức t p mã hóa gi i mã • Kích thước khối thay đổi từ 16 x 16 xuống x Kích thước khối gi m cung cấp độ lợi mã hóa mà khơng có tăng đáng kể tính phức t p 2.7.2 So sánh hi u qu mƣ hóa c a H.264/AVC đ i v i tiêu chu n mã hóa tr c Từ ưu việt kỹ thuật trên, nhà nghiên cứu phát triển H.264/AVC cho tiết kiệm tốc độ bit trung bình H.264/AVC so với MPEG-2 kho ng 65% Điều có nghĩa tốc độ bit cho video truyền hình HD (ở mức chất lượng qu ng bá DVD) gi m theo hệ số 2.25 2.5 dùng mã hóa H.264/AVC so với MPEG-2 Tất nhiên mức tiết kiệm phụ thuộc vào s n phẩm hãng Ví dụ hãng iVAST, California, USA hiển thị video chất lượng qu ng bá tốc độ bit không đổi (CBR – Constant Bit Rate) 1.5 Mb/s so với MPEG-2 tốc độ bit thay đổi (VBR – Variable Bit Rate) 3.0 Mb/s Trong vào tháng 09/2002, t i IBC Amsterdam, Hà Lan, cơng ty VideoLocus trình diễn codec H.264/AVC tối ưu hóa cao riêng họ, demo dịng video chất lượng DVD tốc độ Mb/s so sánh với dòng truyền video MPEG-2 tốc độ Mb/s bên c nh Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 48 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ Ch NG D NG ng NG D NG CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG-4 AVC H.264/MPEG-4 AVC đánh dấu bước ngoặt lĩnh vực nén video, áp dụng kỹ thuật tiên tiến nhằm mục đích sử dụng băng thơng hiệu qu đem l i chất lượng nh cao Điều có nghĩa MPEG-4 AVC ứng cử viên nặng ký có kh thay MPEG-2 năm tới 3.1 CÁC PH M VI DOANH M I NG D NG VẨ CÁC MODEL KINH Hiệu qu nén tăng H.264/AVC t o ph m vi ứng dụng hội kinh doanh Ví dụ: truyền tín hiệu video chất lượng TV (ví dụ PAL) tốc độ Mb/s, cho phép streaming qua đường ADSL Một ph m vi kinh doanh đáng quan tâm khác truyền dẫn truyền hình qua vệ tinh Bằng việc chọn điều chế 8–PSK mã hóa Turbo (hiện nghiên cứu cho tiêu chuẩn DVB-S2) dùng H.264/AVC, số chương trình qua vệ tinh tăng gấp ba so với hệ thống DVB-S t i dùng MPEG-2 Nếu điều x y tất dẫn đến cách m ng việc thay đổi máy thu DVB-S có, có nghĩa đẩy m nh cơng nghiệp s n xuất máy thu hình vệ tinh số Đối với DVB-T, H.264/AVC lựa chọn thú vị Gi sử tham số truyền dẫn chọn Đức (mode 8K, 16 – QAM, tỷ lệ mã 2/3, kho ng b o vệ ¼), ta có tốc độ bit 13.27 Mb/s cho kênh MHz Nếu dùng mã hóa MPEG-2 số chương trìnhtruyền hình/kênh tần số bĩ h n chế tới bốn Trong dùng H.264/AVC số chương trình tăng lên đến mười hơn, khơng độ lợi mã hóa mà c độ lợi ghép kênh thống kê cho tốc độ bit thay đổi cao có nhiều chương trình khác Một tùy chọn khác dùng QPSK, tỷ lệ mã ½ với H.264/AVC cho phép đ t Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 49 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG bốn chương trình / kênh, gi m công suất phát kho ng 15% so với mode truyền 16-QAM, 2/3 nhắc tới Một ph m vi kinh doanh đáng quan tâm khác truyền dẫn lưu trữ truyền hình có độ phân gi i cao (HD) Có thể mã hóa tín hiệu HD tốc độ Mb/s, thích hợp với DVD thông thường Điều làm tăng tốc thị trường home cinema Cũng truyền bốn chương trình HD qua kênh vệ tinh cáp, làm cho dịch vụ hấp dẫn nhà qu ng bá giá thành truyền dẫn thấp nhiều so với MPEG-2 Trong lĩnh vực thông tin di động, H.264/AVC có vai trị quan trọng hiệu qu nén tăng gấp đôi so với sơ đồ mã hóa xác định hệ thống điện tho i di động 3GPP cho streaming, có nghĩa H.263 Baseline, H.263+ MPEG-4 Simple Profile Điều quan trọng tốc độ liệu có sẵn hệ thống 3G đắt Với tốc độ bit thấp H.264/AVC cho phép t i nội dung multimedia cho dụng cụ di động điện tho i, PDA (Personal Digital Assistant) PC laptop qua công nghệ m ng LAN không dây, DAB (Digital Audio Broadcasting), UMTS (Universal Mobile Telecommications System) c DVB-T Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 50 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG 3.2 TRUY N HÌNH INTERNET-IPTV 3.2.1 S đồ h th ng: đ c th hi n hình 3.1 Hình 3.1 H th ng truy n hình Internet- VTV4 3.2.2 Mô t ho t đ ng c a h th ng: • Các chương trình truyền hình (được đưa vào d ng tín hiệu tương tự hay băng từ …) đưa qua thiết bị dựng PC (nếu cần) sau đưa vào thiết bị mã hóa Non Real-time Encoder để t o chương trình d ng file theo định d ng MPEG-4 AVC/H.264 Nhờ máy chủ Web Server (được cài đặt phần mềm Apache Web Server, phần mềm hệ thống website VTV4 Online, Database server Application Server), file gửi đến thiết bị lưu trữ video Disk Array thông qua FO switch/cáp quang/converter LX/TX lưu d ng thư mục (tùy theo tổ chức CSDL hệ thống) Khi khách hàng có nhu cầu xem chương trình truyền hình lưu hệ thống, máy chủ Video Server (có cài đặt phần mềm qu n lý dịng video) t o kết nối để khách hàng download chương trình máy tính Do nhu cầu dựng không nhiều, Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 51 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG máy tính PC để dựng phi tuyến cịn dùng để update liệu cho trang website VTV4 Online Khi dịch vụ phát triển (số lượng người truy cập tăng cao, khối lượng video lưu trữ nhiều…), tính đến việc tách chức qu n trị web qu n trị sở liệu hai máy chủ (cùng đặt Trung tâm THDL VTV) • Vấn đề cung cấp điện an toàn, an ninh cho thiết bị đặt t i Trung tâm Tích hợp liệu (VTV) b o đ m hệ thống an ninh m ng chung Đài THVN Với máy chủ Video Server đặt t i cổng Internet quốc tế, vấn đề an ninh hệ thống chống xâm nhập đ m nhận hệ thống an ninh nhà cung cấp dịch vụ ISP phần mềm an ninh cài đặt trực tiếp máy chủ, qui định kiểm soát cổng vào dịng liệu 3.3 TRUY N HÌNH DI Đ NG DVB- H DVB–H hệ thống truyền dẫn qu ng bá cho datagram Các datagram datagram IP datagram khác, chứa liệu liên quan với dịch vụ multimedia, dịch vụ n p file, dịch vụ khác Mục đích DVB–H cung cấp phương thức hiệu qu để mang liệu multimedia qua m ng qu ng bá mặt đất số đến thiết bị handheld Các đặc trưng chủ yếu liên quan với tính hiệu qu cần xem xét h n chế nguồn cung cấp điều kiện truyền dịng truyền khác tính di động thiết bị thu Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 52 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG Hình 3.2 Mơ hình m ng DVB-H riêng bi t Để thực mục đích đề ra, DVB–H bổ sung thêm số gi i pháp kỹ thuật vào tiêu chuẩn DVB–T, bao gồm: Time – slicing để tiết kiệm nguồn hỗ trợ cho chuyển vùng trơn tru; MPE - FEC cho tính m nh khỏe mơi trường truyền dẫn bổ sung thêm tính di động, hỗ trợ cho tính di động; mode 4K tăng cường tính di động tính mềm dẻo thiết kế m ng; báo hiệu DVB–H để giúp máy thu DVB-H dễ ho t động chức DVB sử dụng mã hóa nguồn cho DVB-H H.264/MPEG-4 AVC với level thông số tương ứng cho b ng Dự kiến dịch vụ DVBH khởi đầu dùng máy thu mức B (điện tho i di động UMTS thiết bị số cá nhân (Personal Digital Assistant – PDA)), sau mở rộng sang máy thu d ng A B Ví dụ ta dùng ¼ thơng lượng kênh DVB-T Đức dùng (dung lượng tổng cộng 15 Mb/s) cho DVB-H có 3.7 Mb/s cho DVB-H, đủ cho truyền t i DVB-H video stream 15 stereo audio signal với mã FEC m nh bổ sung Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 53 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 NG D NG 54 CÔNG NGH NÉN NH H.264/MPEG - AVC VÀ NG D NG TẨI LI U THAM KH O H.264 and MPEG-4 video compression Lai E.G Richardson Giáo trình KT truyền hình, Đỗ Hồng Tiến, Vũ Đức Lý NXB KHKT-2001 http://www.phatthanhtruyenhinh.vn/ Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - L p: ĐT1001 55