Nghiên cứu hoạt động và ứng dụng của chuẩn h 265

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự - Hạnh phúc - NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Quang Chiến.…………… MSHV: CB120613 Khoá: 2012B…… Viện: Điện tử - Viễn thông … Ngành: Điện tử - Viễn thông Đầu đề đồ án: ……………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………… Các số liệu liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… …………… ……………………………………………………………………………………………………… ……………………….… ……………………… …………………………… Nội dung phần thuyết minh tính tốn: ……………………………………………………………………………………………………… ……… … ……………………………………………………………………………………………………… …………………………… ….………………………… Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………… ………… …… … ……………………………………………………………………………………………………… ………………… ……….…………… Họ tên giảng viên hướng dẫn: TS NGÔ VŨ ĐỨC Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………….……… Ngày hoàn thành đồ án: …………………………………………………………… Ngày Chủ nhiệm Bộ môn tháng năm Giảng viên hướng dẫn Sinh viên hoàn thành nộp đồ án tốt nghiệp ngày tháng năm Cán phản biện Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265 Trang BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Trần Quang Chiến…………… MSHV: CB120613 Khố: 2012B……… Viện: Điện tử - Viễn thơng … Ngành: Điện tử viễn thơng Giảng viên hướng dẫn: TS NGƠ VŨ ĐỨC Cán phản biện: Nội dung thiết kế tốt nghiệp: Nhận xét cán phản biện: Ngày tháng năm Cán phản biện ( Ký, ghi rõ họ tên ) Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265 Trang LỜI NÓI ĐẦU Để sâu vào nghiên cứu chuẩn nén H.265/HEVC, cần nắm thuật ngữ, kỹ thuật cần thiết cho việc nén tín hiệu, ưu nhược điểm chuẩn nén trước mang lại.Vì đề tài lý thuyết, nên bước quan trọng trình làm Đồ án tốt nghiệp tìm kiếm tài liệu tổng hợp thành chuỗi kiến thức liên tục tránh lang man yếu tố thuyết phục người tham khảo quan trọng, bên cạnh trình bày chi tiết cách thức nén, em cố gắng mô phần ưu điểm chuẩn nén nhằm góp phần sinh động cho đề tài TỔ CHỨC ĐỒ ÁN Đồ án trình bày thành chương phụ lục Chương I: Trình bày sở nén tín hiệu video, thơng số đặc trưng tín hiệu số q trình biến đổi tín hiệu màu, phân loại nguyên lý nén Chương II: Trình bày kỹ thuật sử dụng nén Video, phép biến đổi kỹ thuật mã hóa, tiêu chuẩn đáng giá chất lượng ảnh nén MSE, PSNR, MAE,SAE … Chương III: Trình bày chuẩn nén thuộc họ MPEG, cấu trúc dòng bit, ưu điểm đạt Chương IV: Trình bày chuẩn nén tiên tiến nay: H.265/HEVC, đặc tính bật kỹ thuật chuẩn nén Chương V: Nêu lên điểm tối ưu chuẩn H.265/HEVC so với chuẩn MPEG-4 H.264/AVC Chương VI: Mô để thấy rõ khác biệt HEVC H.264/AVC Tuy nhiên, kinh nghiệm hạn chế, đồng thời H.265/HEVC kỹ thuật giai đoạn nghiên cứu phát triển, nên chắn luận văn khơng tránh khỏi sai sót, kính mong Q Thầy Cơ, bạn bè đồng nghiệp đóng góp ý kiến nhằm hoàn thiện tốt luận văn tốt nghiệp Học viên thực hiện: Trần Quang Chiến Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265 Trang TÓM TẮT ĐỒ ÁN “ Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265” Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265 Trang ABSTRACT “ Reseach operations and applications of H.265 ” Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265 Trang MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP .2 LỜI NÓI ĐẦU TỔ CHỨC ĐỒ ÁN TÓM TẮT ĐỒ ÁN ABSTRACT .5 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU .9 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 10 Chương 1.1 Cơ sở nén tín hiệu Video 12 Sự cần thiết nén tín hiệu .12 1.2 Q trính số hóa tín hiệu 13 1.2.1 Lấy mẫu 13 1.2.2 Lượng tử hóa 13 1.2.3 Mã hóa .15 1.3 Tốc độ bít thơng lượng kênh truyền tín hiệu số 15 1.3.1 Tốc độ bit 15 1.3.2 Thông lượng kênh truyền tín hiệu số .15 1.4 Quá trình biến đổi tín hiệu màu 16 1.5 Các tiêu chuẩn lấy mẫu video tín hiệu số 17 1.6 Mơ hình nén tín hiệu Video .18 1.6.1 Nén tín hiệu Video 19 1.6.2 Lượng tin trung bình 19 Chương 2.1 Các kĩ thuật nén Video 22 Phân loại kĩ thuật nén .22 2.2 Quá trình biến đổi .22 2.2.1 Điều xung mã vi sai DPCM 23 2.2.2 Mã hóa biến đổi .23 2.3 Quá trình lượng tử 25 2.3.1 Lượng tử vô hướng 25 2.3.2 Lượng tử vector .26 2.4 Q trình mã hóa 27 2.4.1 Mã hóa độ dài thay đổi 27 2.4.2 Mã hóa số học 29 2.5 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng ảnh nén 31 Chương 3.1 Các chuẩn nén thuộc họ MPEC trước H.265/HEVC 33 Giới thiệu lịch sử phát triển chuẩn MPEG 33 3.2 Các tiêu chuẩn nén trước H.265/HEVC 33 3.2.1 Tiêu chuẩn MPEC-1 33 Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265 Trang 3.2.2 3.2.3 3.2.4 Tiêu chuẩn MPEG-2 36 Tiêu chuẩn MPEC-4 38 Tiêu chuẩn H.264 39 Chương Chuẩn nén H.265/HEVC .44 4.1 Tổng quan chuẩn nén H.265/HEVC .44 4.1.1 Lịch sử phát triển chuẩn nén H.265/HEVC 44 4.1.2 Lịch trình triển khai sản phẩm liên quan 44 4.1.3 Các profiles levels chuẩn HEVC 50 4.2 Kĩ thuật nén video HEVC 52 4.2.1 Giải thích hoạt động .52 4.2.2 Cấu trúc Mã hóa (Coding Structure) .55 Chương 5.1 Những điểm tối ưu HEVC so với H.264/AVC .60 Sự tối ưu lý thuyết 60 5.2 Sự khác biệt qua mơ với hình ảnh cụ thể .62 5.2.1 Trong H.264/AVC 63 5.2.2 Trong HEVC 65 5.2.3 So sánh HEVC H.264/AVC .69 TÀI LIỆU THAM KHẢO .73 BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT – ANH 75 PHỤ LỤC .79 Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265 Trang DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Sơ đồ q trình tạo tín hiệu số 14 Hình 1-2 Q trình biến đổi tín hiệu màu .16 Hình 1-3 Các tiêu chuẩn lấy mẫu phổ biến .18 Hình 1-4 Sơ đồ khối nén tín hiệu video 18 Hình 2-1 Mơ hình hệ thống nén tổn hao 23 Hình 2-2 Bộ mã hóa giải mã DPCM 23 Hình 2-3 Quá trình lượng tử vector 26 Hình 2-4 Cây mã Huffman .27 Hình 2-5 Minh họa mã hóa RLC 28 Hình 2-6 Minh họa xếp khoảng [0-1] thành vùng nhỏ sau ký hiệu mã hóa 30 Hình 3-1 Quá trình phát triển kĩ thuật nén MPEG qua giai đoạn 33 Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265 Trang DANH MỤC BẢNG BIỂU Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265 Trang CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt IP Internet Protocol Giao thức Internet TCP Transmission Control Giao thức điều khiển truyền Protocol vận JPEG MJPEG Motion JPEG Ảnh JPEG động SOF Start Of Frame Bắt đầu khung EOF End Of Frame Kết thúc khung MAC Medium Access Control ROM Read Only Memory Bộ nhớ đọc RAM Ramdom Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên 10 SDRAM Synchronous Dynamic RAM RAM động đồng 11 MMU Memory Management Unit Khối quản lý nhớ 12 IPC 13 USB Universal Serial Bus 14 MCU Microcontroller Unit Khối vi điều khiển 15 ADC Analog- Digital Converter Bộ chuyển đổ tương tự- số 16  COM Component Object Model 17  EDK Embedded Development Kit Kit phát triển nhúng 18  IIC hay I2C Inter-Intergrated Circuit Mạch liên tích hợp 19 PC Personal Computer Máy tính cá nhân 20 RX Receive Data Nhận liệu Joint Photographic Experts Group Inter-Process Communication Nghiên cứu hoạt động ứng dụng chuẩn H.265 Điều khiển truy nhập môi trường Giao tiếp tiến trình nội Kênh truyền nối tiếp phổ biến Mơ hình đối tượng thành phần Trang 10