TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ MULTIMEDIA (Digital Compressed Television and Multimedia) - Phần 3 pot

III III . N . N É É N T N T Í Í N HI N HI Ệ Ệ U VIDEO / AUDIO: U VIDEO / AUDIO: ° ° KT tương t KT tương t ự ự : N : N é é n thông t n thông t í í n video b n video b ằ ằ ng c ng c á á ch gi ch gi ả ả m m đ đ ộ ộ r r ộ ộ ng băng t ng băng t ầ ầ n m n m à à u < 1,2 MHz u < 1,2 MHz ° ° Trong R601: Trong R601: Y: 5,75 MHz Y: 5,75 MHz C C r r /C /C b b : 1,2 : 1,2   1,35MHz (gi 1,35MHz (gi ả ả m băng t m băng t ầ ầ n n - - n n é é n) n) 3.1. 3.1. Đ Đ ộ ộ dư th dư th ừ ừ a v a v à à entropy trong Video entropy trong Video a. a. Dư th Dư th ừ ừ a theo th a theo th ố ố ng kê ng kê C C á á c gi c gi á á tr tr ị ị d d ữ ữ li li ệ ệ u thông tin gi u thông tin gi ố ố ng nhau: r ng nhau: r ấ ấ t nhi t nhi ề ề u, u, v v í í d d ụ ụ c c á á c v c v ù ù ng c ng c ó ó m m ứ ứ c gi c gi ố ố ng nhau ( ng nhau ( dư th dư th ừ ừ a, l a, l ặ ặ p l p l ạ ạ i): i): + V + V ù ù ng ng ả ả nh r nh r ộ ộ ng: ng: dư th dư th ừ ừ a không gian a không gian (n (n ề ề n n ả ả nh đ nh đ ề ề u) u) + V + V ù ù ng gi ng gi ữ ữ a 1 chu a 1 chu ỗ ỗ i i ả ả nh: nh: dư th dư th ừ ừ a th a th ờ ờ i i gian (ch gian (ch ỉ ỉ c c ầ ầ n mã ho n mã ho á á 1 d 1 d ữ ữ li li ệ ệ u gi u gi ố ố ng ng nhau v nhau v à à l l ặ ặ p l p l ạ ạ i to i to à à n b n b ộ ộ ở ở ph ph ầ ầ n gi n gi ả ả i mã) i mã) Qu Qu á á tr tr ì ì nh nh nh nh ậ ậ n d n d ạ ạ ng c ng c á á c pixels gi c pixels gi ố ố ng nhau g ng nhau g ọ ọ i l i l à à gi gi ả ả i tương quan d i tương quan d ữ ữ li li ệ ệ u (decorrelation), v u (decorrelation), v í í d d ụ ụ d d ù ù ng ng DCT (t DCT (t ậ ậ p trung h p trung h ầ ầ u h u h ế ế t năng lư t năng lư ợ ợ ng c ng c ủ ủ a kh a kh ố ố i pixels i pixels v v à à o 1 s o 1 s ố ố í í t h t h ệ ệ s s ố ố ). ). b. b. Dư th Dư th ừ ừ a tâm sinh lý a tâm sinh lý M M ắ ắ t ti t ti ế ế p nh p nh ậ ậ n c n c á á c sample không đ c sample không đ ề ề u nhau (ch u nhau (ch ó ó i, i, m m à à u): N u): N ế ế u không nh u không nh ì ì n th n th ấ ấ y 1 sai s y 1 sai s ố ố th th ì ì sai s sai s ố ố n n à à y không c y không c ó ó t t á á c đ c đ ộ ộ ng lên ch ng lên ch ấ ấ t lư t lư ợ ợ ng thu ng thu nh nh ậ ậ n n ả ả nh khôi ph nh khôi ph ụ ụ c; c; Do đ Do đ ó ó c c ó ó th th ể ể lo lo ạ ạ i b i b ỏ ỏ m m ộ ộ t s t s ố ố gi gi á á tr tr ị ị c. c. Entropy Entropy ( ( đo trung b đo trung b ì ì nh n nh n ộ ộ i dung thông tin/ m i dung thông tin/ m ẫ ẫ u nh u nh ị ị phân) phân)   S S ự ự ki ki ệ ệ n c n c ó ó x x á á c su c su ấ ấ t nh t nh ỏ ỏ hơn hơn (gi (gi á á tr tr ị ị nh nh ị ị phân c phân c ủ ủ a a sample) s sample) s ẽ ẽ cho thông tin nhi cho thông tin nhi ề ề u hơn u hơn . .   N N ế ế u n u n é é n video gi n video gi ả ả m t m t ố ố c đ c đ ộ ộ bit dư bit dư ớ ớ i gi i gi á á tr tr ị ị entropy, entropy, th th ì ì m m ộ ộ t s t s ố ố thông tin thông tin ả ả nh b nh b ị ị m m ấ ấ t t   Đ Đ ặ ặ c trưng c c trưng c ủ ủ a m a m ắ ắ t (HVS): t (HVS): saùng ñoä cöôøngI;Contrast minmax minmax II I I    (3.1) Độ nhạy về contrast của HVS chrominance luminance Tsố k/g [chu kỳ/độ] 1 10 50 0,001 0,01 0,1 1 Độ nhạy về contrast của HVS f/ Hz 1 50 100 1 10 50 100 5 10 Tần số kg thấp Tần số kg cao Hình 3.1 Hình 3.2 ][ d w 3,57 d2 w arctan2 nhìn Góc ]/ckỳ[ kỳ chu số ảnh giải phân Độ 0 0                 II II phản tươngĐộ ảnh rộng độ hình dòng số giải phân Độ min max minmax     (3.2)  W= đ ộ r ộ ng d= kho ả ng c á ch chu kỳ I max I min (sóng) Hình 3.3 3.2. 3.2. K K ỹ ỹ thu thu ậ ậ t gi t gi ả ả m (n m (n é é n) d n) d ữ ữ li li ệ ệ u video: u video: (c (c ó ó 2 nh 2 nh ó ó m): m): N N é é n c n c ó ó t t ổ ổ n th n th ấ ấ t v t v à à N N é é n không t n không t ổ ổ n th n th ấ ấ t t Nén video Không tổn thất Tổn thất DCT VLC RLC Tách vùng xoá f samp thấp (băng con) DPCM Lượng tử hoá, VLC  Huffman  mã hoá entropy Chỉ các giá trị của sample 0 là được mã hoá theo số chạy (RUN); Còn các giá trị =0 dọc theo dòng quét (tạo lại bằng tách tương quan DCT) JPEG, MPEG-1/2,DV Cho các hệ số DCT Dùng cho tín hiệu màu C Hình 3.4  Lấy mẫu Mã hoá entropy Ra Dự báo  Video V + e e' p v' + + - Hình 3.5 Giải mã entropy  Dự báo + + p e' + v' Ra Hình 3.6 e=v-p - sai số dự báo e’ - sai số lượng tử hoá v’ = e’+p - tín hiệu khôi phục + Mã ho á DPCM + Giải mã DPCM + + Mã ho Mã ho á á d d ù ù ng DCT ng DCT   C C á á c bư c bư ớ ớ c mã ho c mã ho á á DCT (1 chi DCT (1 chi ề ề u): u): 1. Bi 1. Bi ể ể u di u di ễ ễ n biên đ n biên đ ộ ộ ch ch ó ó i c i c ủ ủ a chu a chu ỗ ỗ i c i c á á c pixel theo c pixel theo th th ờ ờ i gian: i gian: 2. L 2. L ấ ấ y m y m ứ ứ c DC trung b c DC trung b ì ì nh c nh c ủ ủ a chu a chu ỗ ỗ i pixel i pixel t 98 92 95 80 75 82 68 50 8 pixel chói liên tiếp trong 1 dòng Mức DC pixel chói 0 0 Biên độ pixel chói t 3. T 3. T ì ì m phương sai t m phương sai t ừ ừ m m ứ ứ c trung b c trung b ì ì nh c nh c á á c c pixel ch pixel ch ó ó i. i. 4. Bi 4. Bi ể ể u di u di ễ ễ n ph n ph ổ ổ c c ủ ủ a c a c á á c pixel ch c pixel ch ó ó i t i t ừ ừ 0Hz 0Hz   1/2f 1/2f sample sample (6,75 MHz) (6,75 MHz) Phương sai pixel chói 0 t Năng lượng 0 f 6,75 MHz [...]... độ bit ra Qt Zig-zag Hệ số DC, giải mã (DPCM) Đặt các từ ngắn cho các mức đều nhau, đặt các từ dài cho các mức xảy ra khơng đều RLC VLC buffer Ra Hệ số thang độ Một số hệ số 0 (sau hệ số DC) được mã hố =1; số lượng 0 chạy trước 1 hệ số 0 Hình 3. 10 + Giải mã DCT Bảng Huffman VLC RLC Hình 3. 11 Bảng trọng số đảo Zig-zag Lượng tử hóa IDCT Giải mã hệ số DC dùng DPCM Y Tách khối CR macro-block C B + Kỹ... chuyển động tiến, lùi, 2 hướng và macroblock loại intra (nén cao nhất) d) Nhóm ảnh GOP: Chuổi GOP có 2 thơng số: m- số frames từ  đầu cho đến frame cuối B(P)trước frame  tiếp theo n - số frame B giữa 2 frames P R-601: F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 Cấu trúc: I B B P B B P B B I BBPBBPBB Hình 3. 15 Cấu trúc:IB I B I Hình 3. 16 Cấu trúc:IBP I B P Hình 3. 17 Cấu trúc:IP I P Hình 3. 18 Cấu trúc dòng dữ liệu... làm định dạng chung đầu vào cho bộ mã hố nén Định dạng R- 601 Q trình biến đổi  Chỉ có mành Y lẻ  525/60 - 720x480  625/50 - (720X576) Y Định dạng CSIF Lọc thập phân (LTP) 720x240 (720x288) Chỉ có mành CR lẻ CR 36 0x480 36 0x240 (36 0x576) (36 0x288) LTP Chỉ có mành CB lẻ CB 36 0x480 36 0x240 (36 0x576) (36 0x288) LTP 36 0x240 (36 0x288) CR 180x240 (180x288) CB 180x240 (180x288) Hình 3. 21 Y LTP CR 180x120... 69 64 71 57 39 Hàng cuối 85 79 82 67 62 69 55 37 Cột 1 99 85 0 Biên độ pixel Biên độ pixel 0 t (Chiều ngang) Biên độ pixel 85 37 0 t (Chiều ngang) cột cuối Biên độ pixel 50 37 t(chiều đứng) 0 Hình 3. 7 t (chiều đứng) Giá trị hệ số khối 8 X 8 DCT 591 106 -1 8 28 -3 4 14 18 50 35 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0  Tách phổ năng... 16 j0k 0 (3. 4) a Khối DCT 3 chiều Hệ số DC 500 400 0 200 2 4 0 -2 00 6 0 1 2 3 4 5 6 u 7 v Hình 3. 8 + Q trình giảm dữ liệu nhờ DCT Điều khiển phản hồi Dữ liệu vào DCT Phân tích Làm tròn trọng số VLC Điều khiển tiến Hình 3. 9 buffer Ra (nén) + Q trình giảm dữ liệu cụ thể Khối DCT Bảng Khối ID (Nhận trọng số lượng tử hóa dạng) Y CR CB Huffman giá trị DCT Tạo macroblock Khối 8X8 pixel Qt Zig-zag DCT Lượng... lượng theo (hàng, cột)  Biểu diễn các hệ số DCT , hàng cột FDCT: C(u)C( v) 7 7 (2j  1)u (2k  1)v F(u, v)    f(j, k) cos 16 cos 16 4 j 0k  0 F(u, v) - các hệ số của khối DCt 8x8 (3. 3) f( j, k )  sample gốc trong khối 8x8 pixel chói u : 0 7 - tần số không gian ngang v : 0 7 - tần số không gian đứng 1  , nếu u, v  0  C(u), C(v)   2 1 , nếu u, v  1,2 ,3, ,7  IDCT: 7 7 (2j  1)u (2k  1)v... hệ số DCT tương ứng của tín hiệu chói Năng lượng f 0 fsample/2 6 Biểu diễn các giá trị hệ số đặc trưng cho mỗi băng con Năng lượng Nếu độ dư thừa khơng gian cao thì, AC  0 f 0 DC AC 99 97 91 94 79 74 81 67 49 50 Khối 8X8 các pixel a Khối DCT 2 chiều 99 92 95 80 75 82 68 50 Hàng 1 95 89 92 77 72 79 65 47 93 87 90 75 70 77 63 45 91 85 88 73 68 75 61 43 89 83 86 71 66 73 59 41 87 81 84 69 64 71 57 39 ... hoặc nhiều GOP, có header và mã kết thúc chuỗi Header Chỗi Video Mã đầu Chuỗi Video1 Chuỗi Video2 Chuỗi Video3 Lớp GOP GOP0 GOP1 GOP2 GOP3 GOP4 GOP5 Lớp frame I B P B I B Lớp slice Lớp MB MB MB MB MB MB MB MB Thuộc tính MB Vector chuyển động Lớp khối DCT Dữ liệu R-601 Y MB MB MB MB MB MB Y Y DCT hệ số EOB 8x8(Y) CB CR Hình 3. 20 + Tiêu chuẩn MPEG-1 (ISO/IEC 11172) tạo dòng truyền (video + audio): 1,5Mb/s,... số dự báo Nếu khơng có chuyển động thì khối dự báo khơng thoả mãn Mã hố DCT/DPCM: Khối pixel gốc frame (n+1) Hình 3. 12 2-D DCT  Lượng tử hóa Khối sai số dự báo Khối dự báo frame n VLC IDCT + Ra  + Trễ frame Giải mã DCT/DPCM: Giải mã VLC Hình 3. 13 Giải lượng tử hóa Đảo 2-D IDCT Khối sai số dự báo + Khơi phục  video Trễ frame + Kỹ thuật bù chuyển động:  Tách chuyển dịch các chi tiết giữa 2 frames... (đã nén) + Vùng ảnh tích cực APA (active picture area) của 4:2:2: (Y,CB, CR)/ 8 bit: frames/s (3. 6) R422=(720 +36 0 +36 0).512x 29,97x 8=176,77 Mb/s pixels/dòng Dòng/ frame bit 4:2:0 (MPEG-2 MP@ML) R420= (720 +36 0)x480x29,97x8=124,29 Mb/s 4:1:1 36 0 36 0 R411  ( 720   ).480x 29,97x 8  1 03, 58Mb / s 2 2 DVCPRO (tỉ số nén: 5)  RDVCPRO=25 Mb/s (4:1:1) . ngang) 85 37 50 0 Biên độ pixel 99 85 0 Biên độ pixel t (chiều đứng) 50 37 t(chiều đứng) (Chiều ngang) Hình 3. 7 a. Khối DCT 2 chiều 591 35 -1 3 -1 0 -1 106 0 0 0 0 0 0 -1 8 0 0 0 0 0 0 28 0 0 0 0 0 0 -3 4 0 0 0 0 0 0 14 0 0 0 0 0 0 18 0 0 0 0 0 0 50 0 0 0 0 0 0 0. báo  Video V + e e' p v' + + - Hình 3. 5 Giải mã entropy  Dự báo + + p e' + v' Ra Hình 3. 6 e=v-p - sai số dự báo e’ - sai số lượng tử hoá v’ = e’+p - tín hiệu khôi phục + Mã ho á DPCM +.  FDCT: (3. 3)       7 0j 7 0k 16 v)1k2( cos 16 u)1j2( cos)v,u(F).v(C)u(C)k,j(f (3. 4) a. Khối DCT 3 chiều Hình 3. 8 Hệ số DC 0 1 2 3 4 5 6 7 -2 00 0 200 400 500 0 2 4 6 u v Làm tròn trọng số DCT VLC buffer Ra