(Luận văn) nghiên cứu và đánh giá hiệu năng của chuẩn nén video h 265 hevc với các chuỗi video đầu vào có đặc tính khác nhau

1 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - lu an NGUYỄN VIẾT QUÂN n va tn to p ie gh NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CHUẨN NÉN VIDEO H.265/HEVC VỚI CÁC CHUỖI VIDEO ĐẦU VÀO CÓ ĐẶC TÍNH THAY ĐỔI d oa nl w va an lu ll u nf LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT oi m (Theo định hướng ứng dụng) z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si HÀ NỘI – 2020 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - lu an NGUYỄN VIẾT QUÂN n va gh tn to p ie NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CHUẨN NÉN VIDEO H.265/HEVC VỚI CÁC CHUỖI VIDEO ĐẦU VÀO CÓ ĐẶC TÍNH THAY ĐỔI d oa nl w Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông lu ll u nf va an Mã số: 8.52.02.08 oi m LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) z at nh z NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS VŨ HỮU TIẾN m co l gm @ an Lu n va ac th si HÀ NỘI - 2020 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết mô nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, tháng 05 năm 2020 Tác giả luận văn lu an n va tn to p ie gh Nguyễn Viết Quân d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si LỜI CẢM ƠN lu Để hoàn thành luận văn lời tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS.Vũ Hữu Tiến tận tình hướng dẫn bảo suốt trình thực Tôi chân thành cảm ơn Thầy, Cô khoa Đào Tạo Sau Đại Học, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Hà Nội tận tình giúp đỡ tơi q trình hai năm tơi học tập nghiên cứu an n va p ie gh tn to Hà Nội, ngày 15 tháng 05 năm 2020 d oa nl w ll u nf va an lu Nguyễn Viết Quân oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÃ HÓA VIDEO 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Nguyên tắc mã hóa video 1.2.1 Ngun tắc mã hóa video 1.2.2 Kỹ thuật giảm dư thừa thông tin miền không gian lu 1.2.3 Kỹ thuật giảm dư thừa thông tin miền thời gian an n va 1.2.4 Sơ đồ tổng quát mã hóa video tn to 1.3 Giải mã hóa video 1.4 Kết luận chương ie gh CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÃ HÓA VIDEO, GIẢI MÃ VIDEO ĐỘ PHÂN GIẢI CAO p H.265/HEVC w 2.1 Tổng quan mã hóa phân giải cao oa nl 2.1.1 Giới thiệu chuẩn nén H.265 d 2.1.2 Cấu trúc mã hóa23 lu 2.3 Kết luận chương u nf va an 2.2 So sánh hiệu nến h.265 với số chuẩn nén trước CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CHUẨN NÉN VIDEO HEVC ll oi m TRÊN PHẦN MỀM HEVC TEST MODEL z at nh 3.1 Giới thiệu phần mềm mô phong HM 3.2 Các chuỗi video dùng để đánh giá 3.3 Các tham số để đánh giá hiệu nén 3.4 Phân tích kết mơ 3.4.1 Mã hóa video chế độ nội ảnh (Intra mode) 3.4.2 Mã hóa video chế độ liên ảnh (Intra mode) 3.5 So sánh hai chế độ liên ảnh z m co l gm @ n va 3.7 Kết luận chương an Lu 3.6 Chế độ mã hóa Inter với kích thước chuỗi khác ac th si DANH MỤC HÌNH ẢNH lu Hình 1.1: Sơ đồ khối codec DPCM xử lý video Hình 1.2: Biểu diễn lượng tử Hình 1.3: Biểu diễn lượng UTQ (a) UTQ-DZ(b) Hình 1.4: (a) Sự khác biệt khung hình thời trước đó; (b) Ảnh sau bù chuyển động Hình 1.5: Vùng tìm vector chuyển động macro block thời Hình 1.6: Sơ đồ nguyên lý tổng qt mã hóa video Hình 1.7: Sơ đồ giải mã hóa tín hiệu video an n va Hình 2.1: Sơ đồ khối mã hóa HEVC to Hình 2.2 Cấu trúc CTU p ie gh tn Hình 2.3 Cấu trúc CTB Hình 2.4 Cấu trúc CTB chia nhỏ Hình 2.5 Cấu trúc PB w Hình 2.6 Cấu trúc TB d oa nl Hình 2.7 Chế độ chia tách CB thành PBs Hình 2.8 Chia nhỏ CTB thành CB, TB Hình 2.9 Chia nhỏ ảnh thành mảng (a) tile (b) Minh họa trình xử lý song song wavefront (c) Hình 2.10 Các chế độ hướng cho dự đoán hình ảnh Hình 2.11 Vị trí lấy mẫu số nguyên phân đoạn cho phép nội suy thành phần chói ll u nf va an lu m oi Hình 2.12 Ba chế phương pháp quét hệ số HEVC (a) Quét chéo lên bên phải (b) z at nh Quét theo chiều ngang (c) Quét theo chiều dọc z Hình 2.13 Bốn dạng gradient sử dụng SAO Hình 2.14 So sánh hiệu nén H.265 với số chuẩn nén trước Hình 2.15 So sánh H.264/AVC H.265/HEVC khung hình video độ phân giải HD 720p Hình 2.16 Thời gian tải video H.265 so với video H.264 với tốc độ mạng n Hình 2.20 Kết nén H264 với video Big Buck Bunny va Hình 2.19 Kết nén H265/HEVC với video Akiyo an Lu Hình 2.18 Kết nén H264 với video Akiyo m co l gm @ Hình 2.17 Kích thước file nén qua thời kì ac th si Hình 2.21 Kết H265/HEVC với video Big Buck Bunny Ba Hình 3.1 Thực lệnh HEVC Encoder Hình 3.2 Các frame chuỗi Akiyo, Claire, Mother-daughter Hình 3.3 Các frame chuỗi News, Hall, Coastguard Hình 3.4 Các frame chuỗi Foreman, Carphone, Soccer Hình 3.5 So sánh hiệu nén HEVC cho chuỗi khác Hình 3.6 So sánh hiệu nén HEVC cho chuỗi khác Hình 3.7 So sánh hiệu nén HEVC hai chế độ nén chuỗi Akiyo Hình 3.8 So sánh hiệu nén HEVC hai chế độ nén chuỗi Mobile Hình 3.9 So sánh hiệu nén HEVC hai chế độ nén chuỗi Foreman Hình 3.10 Frame chuỗi video thử nghiệm lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ/Cụm từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt AVC Advanced Video Coding Nâng cao mã hóa video BDPSNR Bjontegaard delta PSNR Chênh lệch trung bình PSNR CABAC Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding Mã hóa số học nhị phân thích nghi dựa ngữ cảnh CAVLC Context – Adaptive Variable Length Coding Mã hóa độ dài biến đổi thích nghi ngữ cảnh CODEC COde - DECode Bộ nén giải nén video Inverse Discrete Cosine Transform Biến đổi cosin rời rạc ngược MacroBlock Macroblock – khối ảnh nén H.264 The Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia ảnh động MSE Mean Squared Error Sai số bình phương trung bình NAL Network Abstraction Layer Lớp trừu tượng hóa mạng Peak Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiệu nhiễu đỉnh Quantisation Paramater Tham số lượng tử Rate-Distortion Optimization Tối ưu hóa lệ nén độ méo IDCT lu an MB n va PSNR Video Coding Layer Lớp mã hóa video d oa nl VCL w RDO QP p ie gh tn to MPEG ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các hệ số lọc cho phép nội suy lấy mẫu phân đoạn chói 36 Bảng 2.2 Các hệ số lọc cho phép nội suy lấy mẫu phân đoạn chroma Bảng 2.3 Các loại mẫu EdgeIdx lớp cạnh biên SAO Bảng 3.1 Các tham số của môi trường mô phỏng47 Bảng 3.2 So sánh chất lượng ảnh (PSNR-dB) sau giải nén chuỗi với tham số lượng tử (QP) khác Bảng 3.3 So sánh Bitrate (Kbps) chuỗi với tham số lượng tử (QP) khác Bảng 3.4 So sánh chất lượng ảnh (PSNR-dB) sau giải nén chuỗi với tham số lượng lu tử (QP) khác an Bảng 3.5 So sánh Bitrate (Kbps) chuỗi với tham số lượng tử (QP) khác n va Bảng 3.6 Các tham số chuỗi video thử nghiệm5 p ie gh tn to Bảng 3.7 Hiệu chuỗi video thử nghiệm thuật toán đề xuất d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va MỞ ĐẦU ac th si 48 lu an va n Hình 2.21: Kết H265/HEVC với video Big Buck Bunny H265 nén nhiều thời gian hơn, tính tốn lâu Tuy nhiên, bù lại, gh tn to Qua thử nghiệm với loại nén ta thấy rằng: p ie H265 có dung lượng nén gấp ~ 2.3 lần H264 w 6.3 Kết luận chương oa nl Trong phần này, kỹ thuật giải mã video nghiên cứu nhằm tìm giải mã phù hợp hệ thống video streaming Cụ thể, kỹ thuật giải mã d an lu video nói chung kỹ thuật tiên tiến sử dụng chuẩn nén H.265 va giới thiệu Ngoài ra, số kỹ thuật giải mã truyền dẫn video qua mạng quang u nf vô tuyến giới thiệu phần Các kỹ thuật đánh giá so ll sánh với kỹ thuật trước H.264 để thấy rõ cải tiến H.265 Cụ thể, kỹ m oi thuật áp dụng giai đoạn giải mã so sánh đánh giá ưu nhược điểm z at nh so với kỹ thuật các chuẩn nén H.264 trước Các nghiên cứu phần rằng, chất lượng video phía thu z chuẩn nén H.265 cải thiện so với chuẩn nén trước Ngoài @ gm hiệu nén H.265 tăng lên đáng kể Tuy nhiên, cấu trúc giải l mã H.265 phức tạp so với H.264 Điều dẫn đến thời gian giải mã m co H.265 tăng lên so với H.264 Tuy nhiên, số chế độ mã hóa H.265, việc giải mã đạt hiểu cao thời gian giải mã không tăng lên nhiều so với an Lu chuẩn trước Vì vậy, việc lựa chọn mã hóa H.265 để triển khai hệ n va thống truyền dẫn video thời gian thực qua môi trường quang vô tuyến phù hợp ac th si 49 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 50 CHƯƠNG PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA CHUẨN NÉN VIDEO HEVC TRÊN PHẦN MỀM HEVC 3.1 Giới thiệu phần mềm mô HM tham số mô Để đánh giá hiệu nén chuẩn HEVC, luận văn sử dụng phần mềm mã nguồn mở HM (HEVC Test Model) Đây phần mềm tham chiếu triển khai tham chiếu tiêu chuẩn HEVC Phần mềm phát triển Nhóm hợp tác chung mã hóa video (JCT-VC) từ chuyên gia ITU-T SG 16 ISO / IEC SC29 WG11 Một mục tiêu phần mềm tham chiếu cung cấp sở để tiến hành mô để đánh giá hiệu chuẩn nén HEVC Phần mềm tham khảo tài liệu [15] Hình 3.1 ví dụ lệnh HEVCEncoder.exe sử dụng để mã lu hóa chuỗi video an n va p ie gh tn to d oa nl w an lu Hình 3.1: Thực lệnh HEVC Encoder va u nf Để đánh giá hiệu HEVC chuỗi video có đặc tính khác nhau, ll tham số môi trường mô cho bảng 3.1 đây: m oi Bảng 3.1 Các tham số của môi trường mô Số lượng chuỗi video Giá trị z at nh Tham số chuỗi 176 x 144 Tốc độ mã hóa 30 frame/s Cấu hình máy tính Windows, Core™ i7,1.6GHz, 16GB RAM m co l gm @ an Lu 3.2 Các chuỗi video dùng để đánh giá z Độ phân giải Trong luận văn sử dụng chuỗi video chuẩn QCIF (Quarter Common n va Intermediate File Format) với nội dung chuyển động khác để so sánh hiệu ac th si 51 thuật toán chế độ mã hóa khác Các chuỗi video chuẩn QCIF có độ phân dải thấp ứng dụng chạy thiết bị cấu hình thấp mạng IoT Các chuỗi video phân loại thành loại: Loại A, loại B, loại C với độ phức tạp chuyển động tăng dần Các chuỗi video loại A có chuyển động thấp hay chậm Các chuỗi loại B có chuyển động trung bình chuỗi loại C có chuyển động phức tạp hay chuyển động nhanh Loại A bao gồm chuỗi: Akiyo, Hall Mother-daugter Các frame chuỗi mô tả hình 3.2 Các frame chuỗi loại B Mobile, News, Coastguard với chuyển động trung bình trình bày hình 3.3 Tương tự, hình 3.4 mơ tả frame chuỗi thuộc loại C gồm Foreman, Carphone Soccer với chuyển đổi đối tượng nhanh tốc độ chuyển động cao lu an n va ie gh tn to Hall p Akiyo Mother-daughter d oa nl w Hình 3.2: Các frame chuỗi Akiyo, Claire, Mother-daughter ll u nf va an lu m News Coastguard oi Mobile z at nh Hình 3.3: Các frame chuỗi News, Hall, Coastguard z m co l gm @ Carphone Soccer an Lu Foreman Hình 3.4: Các frame chuỗi Foreman, Carphone, Soccer n va ac th si 52 3.3 Các tham số đánh giá hiệu nén Để đánh giá hiệu chuẩn nén HEVC chuỗi video có đặc tính khác nhau, hai tham số PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) số lượng bit dùng để mã hóa giây (Bitrate) sử dụng để so sánh hiệu nén Tham số PSNR sử dụng để đo mức độ giống hai chuỗi video trước nén sau giải nén Nói cách khác, PSNR phản ánh chất lượng chuỗi video sau giải mã Tham số lớn đồng nghĩa với chất lượng chuỗi video sau giải nén giống với chất lượng chuỗi video gốc Thông thường, chuỗi video có PSNR từ 30 dB trở lên coi có chất lượng tốt PSNR tính dựa cơng thức sau: PSNR=20 log 10 ( MAX √ MSE ( 3.1) ) lu Trong MAX1 giá trị tối đa điểm ảnh ảnh Khi điẻm ảnh an biểu diễn bit giá trị 255 Tổng quát tín hiệu biểu diễn n va b bit đơn vị lấy mẫu MAX1 2b -1 tn to MSE (Mean Squared Error) sai số tồn phương trung bình dùng cho ảnh hai chiều có kích thước MxN Trong Org ảnh gốc cịn Rec ảnh khơi phục tương ứng gh p ie MSE tính qua cơng thức: MxN M−1 N −1 ∑ ∑ ( Org ( i, j )−Rec(i , j )) i=0 (3.2) j=0 nl w MSE= d oa Bitrate tham số phản ánh số lượng bit trung bình dùng để mã hóa khung lu hình video giây Bitrate lớn nghĩa số bit dùng để mã hóa video lớn ll u nf chuỗi video cao va an Nếu giá trị PSNR, chuỗi video có bitrate nhỏ nghĩa hiệu nén oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 53 3.4 Phân tích kết mơ 3.4.1 Mã hóa video chế độ nội ảnh (Intra mode) Hiệu HEVC chế độ nội ảnh (Intra mode) 45.00 40.00 35.00 PSNR (dB) 30.00 25.00 20.00 15.00 Akiyo News Soccer lu 10.00 an 5.00 n va 0.00 Hall Coastguard 500 Mother-daughter Foreman 1000 1500 Mobile Carphone 2000 2500 to ie gh tn Bitrate (kb/s) p Hình 3.5 So sánh hiệu nén HEVC cho chuỗi khác w oa nl Bảng 3.2 So sánh chất lượng ảnh (PSNR-dB) sau giải nén chuỗi với tham số d lượng tử (QP) khác lu 38,65 35,41 Mother-daughter 38,36 Mobile 35,66 News 38,26 Coastguard 35,75 Foreman 37,70 34,68 Carphone 38,72 35,70 Soccer 36,44 33,75 QP=40 ll 30,61 32,23 29,22 35,49 33,07 30,91 31,66 28,03 24,88 34,90 31,79 28,82 32,63 30,04 27,69 31,70 28,84 oi m 33,33 z gm @ 32,79 30,07 l Hall u nf 36,31 z at nh 39,50 QP=36 va Akiyo QP=32 an QP=28 29,33 31,49 m co an Lu Bảng 3.3 So sánh Bitrate (Kbps) chuỗi với tham số lượng tử (QP) khác QP=32 QP=36 va QP=28 QP=40 n ac th si 54 Akiyo 601,77 419,36 283,3 192,72 Hall 695,09 486,5 327,44 214,55 Mother-daughter 469,45 291,81 179,67 106,68 Mobile 2050,54 1463,23 969,2 617,9 News 836,42 590,57 398,46 261,06 Coastguard 902,22 555,07 331,09 188,1 Foreman 760,5 515,8 333,8 213,2 Carphone 629,42 425,85 283,13 186,2 Soccer 679,98 409,08 244,58 145,88 Như kết hình 3.5 bảng 3.2, 3.3, ta thấy chế lu độ nén nội ảnh chuỗi video có chuyển động chậm chuyển động (các chuỗi loại an A) có chất lượng cao cần bit để mã hóa Ngược lại, chuỗi n va lớp B (có chuyển động phức tạp Mobile) cần nhiều bit để mã hóa chất tn to lượng hình ảnh đạt khơng cao Cụ thể, hình 3.2 cho thấy ứng với giá trị lượng gh tử QP, chuỗi Mobile có Bitrate lớn PSNR đạt nhỏ Trong p ie chuỗi Mother-daughter có Bitrate nhỏ PSNR đạt sau chuỗi Akiyo w Như vậy, thấy rằng, chế độ nội ảnh, chuỗi có chuyển động chậm nl chuyển động đạt hiệu nén tốt d oa 3.4.2 Mã hóa video chế độ liên ảnh (Inter mode) an lu Hình 3.6 bảng 3.4, 3.5 hiệu nén HEVC chế độ liên ảnh chuỗi video có đặc tính nén khác Bảng 3.5 cho thấy chuỗi Mobile va u nf chuỗi cần nhiều bit để mã hóa so với chuỗi cịn lại Tuy nhiên, chế độ ll liên ảnh số lượng bit cần nhiều so với chế độ nội ảnh Bảng 3.4 cho thấy chất m oi lượng trung bình video loại A cao so với video loại B & C Với z at nh video chuyển động nhanh Mobile Coastguard chất lượng thu Lý loại video chuyển động nhanh, ước lượng chuyển động z bù chuyển động q trình mã hóa xác so với video chuyển động m co l gm @ chậm Do đó, chất lượng ảnh phía giải mã thấp an Lu n va ac th si 55 45.00 Hiệu HEVC chế độ liên ảnh (Inter mode) 40.00 35.00 PSNR(dB) 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 lu Akiyo News Soccer an 5.00 va n 0.00 Hall Coastguard 100 200 Mother-daughter Foreman 300 400 500 Mobile Carphone 600 700 to gh tn Bitrate (kb/s) p ie Hình 3.6 So sánh hiệu nén HEVC cho chuỗi khác nl w Bảng 3.4 So sánh chất lượng ảnh (PSNR-dB) sau giải nén chuỗi với tham số QP=28 QP=32 d oa lượng tử (QP) khác 36,26 34,46 38,15 37,27 36,45 35,45 Mother-daughter 38,21 37,24 36,47 35,57 Mobile 34,74 32,36 30,95 29,74 News 37,82 36,70 35,68 34,55 Coastguard 35,20 32,96 31,40 30,24 Foreman 37,18 36,64 36,29 35,92 Carphone 38,33 36,21 34,47 32,81 Soccer 36,25 34,54 33,08 31,54 va an 37,67 Hall 39,20 QP=40 u nf lu Akiyo QP=36 ll oi m z at nh z l gm @ m co Bảng 3.5 So sánh Bitrate (Kbps) chuỗi với tham số lượng tử (QP) khác QP=32 QP=36 an Lu QP=28 QP=40 186,72 146,44 Hall 117,62 96,71 86,46 121,27 80,64 n 259,21 va Akiyo ac th si 56 Mother-daughter 86,29 66,97 59,13 54,91 Mobile 598,23 367,88 277,28 243,45 News 143,45 115,9 102,53 95,15 Coastguard 309,35 183,32 130,7 109,55 Foreman 103,61 86,55 82,54 81,29 Carphone 249,49 163,1 120,04 99,39 Soccer 256,51 171,25 128,42 104,95 3.5 So sánh hai chế độ liên ảnh lu So sánh hiệu nén HEVC hai chế độ nén an n va Akiyo_InterMode Akiyo_IntraMode p ie gh PSNR (dB) tn to 45.00 40.00 35.00 30.00 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 d oa nl w 200 300 an lu 100 400 500 600 700 u nf va Bitrate (kp/s) ll Hình 3.7 So sánh hiệu nén HEVC hai chế độ nén chuỗi Akiyo oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 57 40.00 So sánh hiệu nén HEVC hai chế độ nén 35.00 PSNR (dB) 30.00 25.00 20.00 Mobile_InterMode Mobile_IntraMode 15.00 10.00 5.00 0.00 500 1000 1500 2000 2500 lu an Bitrate (kb/s) n va Hình 3.8 So sánh hiệu nén HEVC hai chế độ nén chuỗi ie gh tn to Mobile p So sánh hiệu nén HEVC hai chế độ nén 40.00 lu va 20.00 u nf 15.00 ll 10.00 m oi 5.00 100 200 z at nh 0.00 Foreman_InterMode Foreman_IntraMode an PSNR (dB) d 25.00 oa 30.00 nl w 35.00 300 400 500 600 700 800 z Bitrate (kb/s) @ l Foreman gm Hình 3.9 So sánh hiệu nén HEVC hai chế độ nén chuỗi m co Hình 3.7, 3.8 3.9 so sánh hiệu nén HEVC hai chế độ liên ảnh an Lu nội ảnh loại chuỗi: Ít chuyển động (Akiyo), chuyển động vừa (Mobile) chuyển động nhanh (Foreman) Ta thấy chuỗi chuyển động, khác n va biệt chế độ không lớn hai loại chuỗi cịn lại Ngồi ra, chế độ nội ảnh ac th si 58 (Intra mode), khác biệt giá trị lượng tử dẫn đến thay đổi rõ rệt lượng bit cần để mã hóa chất lượng ảnh phía giải mã 3.6 Chế độ mã hóa Inter với kích thước chuỗi khác Để kiểm tra chế độ mã hóa với kích thước chuỗi khác nhau, bốn chuỗi video sử dụng để đánh giá bao gồm Coastguard, Suzie, Pamphlet Harbor với tham số tóm tắt bảng 3.5 Khung hình bốn chuỗi video hiển thị hình 3.5 Test sequences lu Coastguard Suzie Pamphlet Harbour an Spatial resolution Number of frames Quantization parameters 176x144 300 150 150 150 {26,30,34,38} {25,29,34,40} {25,29,34,40} {25,29,34,40} va n Bảng Các tham số chuỗi video thử nghiệm p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh Hình 3.10 Frame chuỗi video thử nghiệm z Để đánh giá thuật toán đề xuất, số BD-PSNR (Bjntegaard-Delta PSRN) @ gm sử dụng để so sánh, với BD-PSNR để cung cấp độ lợi tương đối hai phương l pháp, cách đo khác biệt trung bình hai đường cong đánh giá tỷ lệ sai lệch m co RD (RD – Rate-Distortion) với đường cong RD chọn làm đường cong sở Nếu BD-PSNR dương, có nghĩa đường cong thứ hai tốt đường cong sở an Lu Trong đánh giá này, đường cong RD GOP4 phương pháp đề xuất có n va tên Adaptive GOP so sánh với đường cong sở GOP2 ac th si 59 Kết đánh giá hiệu tỷ lệ sai lệch RD cho bốn chuối video thử nghiệm trình bày bảng 3.7 Theo kết biểu diễn bảng 3.7, giá trị PSNR phương pháp đề xuất tốt giá trị GOP tương đương với giá trị GOP2 Giá trị bitrate phương pháp đề xuất cao giá trị GOP4 thấp giá trị GOP2 Do đó, việc lựa chọn GOP2 GOP4 phụ thuộc vào cân PSNR Bitrate Kết cho thấy mức độ suy giảm chất lượng video (về giá trị PSNR) phương pháp đề xuất không đáng kể tiết kiệm nhiều bitrate Bảng 3.2 cho thấy khả tối ưu bitrate phương pháp đề xuất 3,37% 9,62% so với GOP2 GOP4, tương ứng Sequence QP lu an n va Coastguard tn to 26 30 34 38 Average p ie gh Suzie ll u nf oi m GOP4 Bitrate PSNR 28242 34.65 16140 32.48 8228 30.36 3781 28.23 14097.75 31.43 19719 41.26 11172 38.23 5588 35.15 2353 32.04 9708 36.67 23128.28 41.35 14900.7 37.51 8567.73 33.24 3667.88 28.91 12566.15 35.25 45680.28 37.62 28617.86 33.73 15471.99 30.03 6768.94 26.09 24134.77 31.86 z at nh z Average va Harbour 26 30 34 38 an Average lu 26 30 34 38 d Pamphlet oa Average nl w 26 30 34 38 GOP2 Bitrate PSNR 27760 38.18 17131 34.87 9838 31.88 5256 29.14 14996.25 33.52 18424 41.58 10869 38.56 5725 35.41 2667 32.24 9421.25 36.95 23893.93 41.15 15669.9 37.42 9013.55 33.18 3897.73 28.86 13118.78 35.15 45656.58 38.04 29713.93 34.18 16805.14 30.36 7646.22 26.24 24955.47 32.2 Adaptive GOP Bitrate PSNR 27735 38.14 17058 34.84 9760 31.85 5199 29.12 14938 33.49 18565 41.34 10530 38.26 5283 35.29 2270 32.19 9162 36.77 22453.65 41.37 14504.5 37.56 8349.78 33.29 3587.02 28.95 12223.74 35.29 45337.92 37.81 28830.11 33.96 15889.86 30.23 7082.92 26.22 24285.2 32.06 @ Kết luận chương m co 3.7 l gm Bảng 3.7 Hiệu chuỗi video thử nghiệm thuật toán đề xuất Chương trình bày q trình mơ đo đánh giá hiệu nén an Lu chuẩn nén video HEVC chuỗi video có đặc tính khác Phần mềm mô sử dụng phần mềm HM Nhóm hợp tác chung mã hóa video (JCT- va n VC) từ chuyên gia ITU-T SG 16 ISO / IEC SC29 WG11 Các chuỗi video thử ac th si 60 nghiệm chuỗi video có đặc tính thay đổi từ chuyển động chậm đến chuyển động nhanh, từ chuyển động đến nhiều chuyển động Kết mô cho thấy chuẩn nén HEVC đạt hiệu cao chuỗi chuyển động chậm chuyển động chất lượng hiệu nén KẾT LUẬN Luận văn tìm hiểu tổng quan mã hóa giải mã video kỹ thuật giải mã video nói chung kỹ thuật tiên tiến sử dụng chuẩn nén H.265 Các kỹ thuật đánh giá so sánh với kỹ thuật trước H.264 để thấy rõ cải tiến H.265 Cụ thể, kỹ thuật áp dụng giai đoạn giải mã so sánh đánh giá ưu nhược điểm so với kỹ thuật các chuẩn nén H.264 lu trước an Để đánh giá hiệu nén chuẩn HEVC, luận văn sử dụng phần mềm mã n va nguồn mở HM Các nghiên cứu sử dụng phầm mềm mô chương tn to rằng, chất lượng video phía thu chuẩn nén H.265 cải thiện so gh với chuẩn nén trước Ngoài hiệu nén H.265 tăng lên p ie đáng kể Tuy nhiên, cấu trúc giải mã H.265 phức tạp so với H.264 Điều dẫn đến thời gian giải mã H.265 tăng lên so với H.264 Tuy nhiên, nl w số chế độ mã hóa H.265, việc giải mã đạt hiểu cao thời gian d oa giải mã không tăng lên nhiều so với chuẩn trước ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Vũ Hữu Tiến, Hà Đình Dũng, “Bài giảng: Xử lý Truyền thông Đa phương tiện”, Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng, 2016 [2] Đỗ Hồng Tiến, Dương Thanh Phương, “Kỹ thuật truyền hình”, NXB Khoa học Kỹ thuật 2004 [3] Luận văn Vũ Thị Quỳnh Anh, “Triển mơ hình tạp âm tương quan nhằm nâng cao hiệu mã hóa kỹ thuật mã hóa Video phân tán DVC” Trang 13-23, 2019 Tiếng Anh [4] J R Jain, A K Jam, "Displacement measurement and its application in interframe lu image coding", IEEE Trans Commun., vol COM-29, pp 1799-1808, Dec 1981 an [5] Mohammed Ghanbari, “ Video coding: an introduction to standard codecs”, The va n Institution of Electrical Engineers, 1999 to R Srinivasan, K.R Rao, “Predoctove coding based on efficient motion estimation”, IEEE Trans Commun., pp 888-896, 2012 gh tn [6] R Li, B Zeng, M L Liou, "A new three-step search algorithm for block p ie [7] w motionestimation", IEEE Trans Circuits Syst Video Technol., vol 4, no 4, pp [8] oa nl 438-442, Aug 1994 JVT Editors (T Wiegand, G Sullivan, A Luthra), Draft ITUT Recommendation and d an lu final draft international standard of joint video specification (ITU-T Rec.H.264 | L Natrio, C Brites, J Ascenso, and F Pereira, Side information extrapolation for u nf [9] va ISO/IEC 14496- 10 AVC), JVT-G050r1, Geneva, May 2003 ll low-delay pixel-domain distributed video coding, International Workshop on oi m Very Low Bitrate Video, 2005 Picture Coding Symposium, 2004 z at nh [10] A Aaron and B Girod, , Wyner-Ziv video coding with low-encoder complexity, z [11] [5] D Slepian and J Wolf, Noiseless Coding of Correlated Information Sources, @ gm IEEE Transactions on Information Theory, vol 19, no 4, pp.471-480, July 1973 l [12] A Wyner and J Ziv, The Rate-Distortion Function for Source Coding with Side no 1, pp.1-10, January 1976 m co Information at the Decoder, IEEE Transactions on Information Theory, vol 22, an Lu n va ac th si 62 [13] R Puri and K Ramchandran, PRISM: A new robust video coding architecture based on distributed compression principles, 40th Allerton Conf Communication, Control and Computing,, Allerton, IL, USA, 2002 [14] A Aaron, R Thang, and B Girod (2002) “Wyner-Ziv Coding of Motion Video”, in Proc Asilomar Conference on Signals and Systems, Pacific Grove, CA, USA, November 2002 Trang Web [15] https://hevc.hhi.fraunhofer.de/ lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si