Kỹ thuật xử lý tín hiệu video

LỜI NÓI ĐẦU Truy n thông đa phền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tinng ti n là vi c ng d ng công ngh thông tinện là v

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN – TRUYỀN THÔNG

-oOo-Báo Cáo

Xử Lý Dữ Liệu Đa Phương Tiện

ĐỀ TÀI : Kỹ Thuật Xử Lý Tín Hiệu Video

Và Mã Dự Đoán Trong Nén Video

Giảng viên hướng dẫn : PGS.Ts Nguyễn Thị Hoàng Lan

Sinh viên thực hiện : Lưu Thanh Tùng - 20093112

Hà Nội, Tháng 5 Năm 2015

LỜI NÓI ĐẦU

Truy n thông đa phền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tinng ti n là vi c ng d ng công ngh thông tinện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ứng dụng công nghệ thông tin ụng công nghệ thông tin ện là việc ứng dụng công nghệ thông tintrong vi c sáng t o, thi t k nh ng s n ph m mang tính đa phện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ạo, thiết kế những sản phẩm mang tính đa phương ết kế những sản phẩm mang tính đa phương ết kế những sản phẩm mang tính đa phương ững sản phẩm mang tính đa phương ản phẩm mang tính đa phương ẩm mang tính đa phương ương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tinng

ti n và tện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tinng tác ng d ng trong các lĩnh v c truy n thông, qu ng cáo,ứng dụng công nghệ thông tin ụng công nghệ thông tin ực truyền thông, quảng cáo, ền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ản phẩm mang tính đa phươnggiáo d c và gi i trí… Nh v y vai trò c a truy n đông đa phụng công nghệ thông tin ản phẩm mang tính đa phương ư ậy vai trò của truyền đông đa phương tiện ủa truyền đông đa phương tiện ền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tinng ti nện là việc ứng dụng công nghệ thông tin

có th th y là r t rõ ràng và không th ph nh n để thấy là rất rõ ràng và không thể phủ nhận được Nhiều khía ấy là rất rõ ràng và không thể phủ nhận được Nhiều khía ấy là rất rõ ràng và không thể phủ nhận được Nhiều khía ể thấy là rất rõ ràng và không thể phủ nhận được Nhiều khía ủa truyền đông đa phương tiện ậy vai trò của truyền đông đa phương tiện ược Nhiều khíac Nhi u khíaền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin

c nh c a truy n thông đạo, thiết kế những sản phẩm mang tính đa phương ủa truyền đông đa phương tiện ền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ược Nhiều khíac khai thác và ng d ng, m t trong s đó làứng dụng công nghệ thông tin ụng công nghệ thông tin ột trong số đó là ố đó làcác kỹ thu t x lý và nén video V n đ đ t ra là nén là gì, t i sao c nậy vai trò của truyền đông đa phương tiện ử lý và nén video Vấn đề đặt ra là nén là gì, tại sao cần ấy là rất rõ ràng và không thể phủ nhận được Nhiều khía ền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ặt ra là nén là gì, tại sao cần ạo, thiết kế những sản phẩm mang tính đa phương ầnnén và các kỹ thu t nén đậy vai trò của truyền đông đa phương tiện ược Nhiều khíac th c hi n nh th nào Hi n nay có r tực truyền thông, quảng cáo, ện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ư ết kế những sản phẩm mang tính đa phương ện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ấy là rất rõ ràng và không thể phủ nhận được Nhiều khíanhi u phền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tinng pháp nén video và nhóm 9 chúng em ch n đ tài: ọn đề tài: ền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin “Các

kỹ thu t x lý tín hi u video và mã hóa d đoán trong nén video ật xử lý tín hiệu video và mã hóa dự đoán trong nén video ử lý tín hiệu video và mã hóa dự đoán trong nén video ệu video và mã hóa dự đoán trong nén video ự đoán trong nén video ”.

Đ tài đền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ược Nhiều khíac chia là 2 ph n chính:ần

Tín hi u video t ệu video tương tự và tín hiệu video số ương tự và tín hiệu video số ng t và tín hi u video s ự và tín hiệu video số ệu video tương tự và tín hiệu video số ố

Các kỹ thu t x lý tín hi u video trong truy n ật xử lý tín hiệu video trong truyền ử lý tín hiệu video trong truyền ệu video tương tự và tín hiệu video số ền

thông

Tìm hi u chung v ph ểu chung về phương pháp mã hóa dự ền ương tự và tín hiệu video số ng pháp mã hóa d ự và tín hiệu video số

đoán Phân tích các ph ương tự và tín hiệu video số ng pháp nén video

d a trên phép bi n đ i nh v i đánh giá ự và tín hiệu video số ến đổi ảnh với đánh giá ước ổi ảnh với đánh giá ước ảnh với đánh giá ước ới đánh giá ước ưới đánh giá ước c

l ượng và bù chuyển động ng và bù chuy n đ ng ểu chung về phương pháp mã hóa dự ộng

Em xin chân thành cám n s giúp đ t n tình c a ơng tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ực truyền thông, quảng cáo, ỡ tận tình của ậy vai trò của truyền đông đa phương tiện ủa truyền đông đa phương tiện PGS/TS: Nguy n Th Hoàng ễn Thị Hoàng ị Hoàng Lan đ em hoàn thành đ tài này Trong quá trình th c hi n báo cáo em không thể thấy là rất rõ ràng và không thể phủ nhận được Nhiều khía ền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ực truyền thông, quảng cáo, ện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ể thấy là rất rõ ràng và không thể phủ nhận được Nhiều khía tránh kh i nh ng thi u sót, do đó r t mong nh n đ ững sản phẩm mang tính đa phương ết kế những sản phẩm mang tính đa phương ấy là rất rõ ràng và không thể phủ nhận được Nhiều khía ậy vai trò của truyền đông đa phương tiện ược Nhiều khía ực truyền thông, quảng cáo, c s đóng ghóp ý ki n c a cô ết kế những sản phẩm mang tính đa phương ủa truyền đông đa phương tiện

và các b n đ em hoàn thi n h n v ki n th c trong đ tài này ạo, thiết kế những sản phẩm mang tính đa phương ể thấy là rất rõ ràng và không thể phủ nhận được Nhiều khía ện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ơng tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin ết kế những sản phẩm mang tính đa phương ứng dụng công nghệ thông tin ền thông đa phương tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin

Xin chân thành cám n! ơng tiện là việc ứng dụng công nghệ thông tin

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 2

MỤC LỤC 3

I Tín hiệu video tương tự và tín hiệu video số 5

1.1 Khái niệm video: 5

1.2 Tín hiệu video tương tự: 5

1.2.1 Tín hiệu video tương tự 5

1.2.2 Các chuẩn video tương tự : 6

1.3 Tín hiệu video số: 7

1.3.1 Tín hiệu video số: 7

1.3.2 Các chuẩn video số: 7

II Kỹ thuật xử lý tín hiệu video trong truyền thông 8

2.1 Quá trình chuyển đổi A/D 9

a Lấy mẫu 9

b Lượng tử hóa 10

c Mã hóa 12

2.2 Quá trình chuyển đổi D/A 13

Phần 2: Nén video và phương pháp mã hóa dự đoán 14

I Giới thiệu về nén video 14

1.1 Dư thừa thông tin trong tín hiệu Video 14

1.2 Mục tiêu của nén tín hiệu Video 14

II Chỉ tiêu nén tín hiệu video 14

III Mô hình nén video 15

IV Phương pháp nén video 16

V Phương pháp mã dự đoán 18

5.1.1 Giới thiệu 18

5.1.2 Mã hóa dự đoán trong nén tín hiệu video 19

VI Kỹ thuật mã hóa dựa trên phép biến đổi 23

6.1 Kỹ thuật mã hóa dựa trên phép biến đổi DCT 24

6.2 Kỹ thuật mã hóa dựa trên phép biến đổi DWT 29 VII Đánh giá ước lượng chuyển động 31 VIII Bù chuyển động 37

IX Sự kết hợp phép biến đổi ảnh và dự đoán bù chuyển động trong nén

Video 39

Tài Liệu Tham Khảo 43

Phần 1: Kỹ thuật xử lý tín hiệu video trong

truyền thông

I Tín hiệu video tương tự và tín hiệu video số

1.1 Khái niệm video:

Video là chuỗi các frame ảnh (khung hình) tượng trưng cho thông tin hìnhảnh Đó là một chuỗi các frame truyền liên tục theo thời gian

S = f(x,y,t)

Trong đó: x,y ϵ R: là tọa độ của điểm ảnh (thông tin về không gian)

t ϵ R: thông tin về thời gian

Dựa trên công thức trên ta thấy ảnh tĩnh là một trường hợp đặc biệt củavideo Khi đó nó là một chuỗi các ảnh không thay đổi theo thời gian

f(x,y,t1) = f(x,y,t2); với mọi t1, t2 ϵ R, với mọi x, y ϵ RVideo thường được thu, lưu trữ, và chuyển đổi ở dạng tuần tự (analog) nênchúng ta bắt đầu từ video tuần tự

1.2 Tín hiệu video tương tự:

1.2.1 Tín hiệu video tương tự

Tín hiệu video tuần tự được xem như là tín hiệu điện 1 chiều theo thời gianf(t) và được lấy mẫu theo chiều dọc

Việc lấy mẫu theo chu kỳ này được gọi là quét (scanning) Các phương phápquét thường được sử dụng nhất là quét liên tục (progressive scanning) vàquét xen kẽ (interlace scanning)

Quét liên tục(progressive scanning)

Quét liên tục Các dòng bắt đầu quét từ A đến B, tiếp tục đến C và cứ thếcho đến D rồi quay trở lại A.

Mỗi ảnh(frame) là dữ liệu được lấy mẫu theo thời gian

Mỗi ảnh này được quét liên tục từng dòng ngang và từ trên xuống dưới vớitốc độ là ∆t giây

Phương pháp này thường dùng trong công nghiệp máy tính với tốc độ ∆t =1/72 giây

Quét xen kẽ

Quét xen kẽ Dòng quét bắt đầu từ A đến B, chuyển qua C và tiếp tục chođến khi tới D sẽ trở về E và tiếp tục quét đến F

Vì mắt người phát hiện ra hình ảnh chớp khi tần số quét dưới 50Hz nên tần

số quét của máy bao giờ cũng phải lớn hơn 50 Hz Tuy nhiên, khi áp dụngtrong các nhành công nghiệp khác thì gặp khó khăn về vấn đề băng thông dokích thước qua lớn Từ đó, xuất hiện phương pháp quét xen kẽ Phương phápnày chia dòng quét thành dòng chẵn và dòng lẻ (hay gọi là field) và quét cácdòng chẵn trong khoảng thời gian ∆t rồi chuyển qua quét các dòng lẻ Vì thếtần số quét sẽ giảm đi một nửa

Một vài thông số quan trọng của tín hiệu video là :

 Độ phân giải theo chiều dọc (vertical resolution): thông số này có liênquan đến số dòng quét trên 1 frame

 Tỉ lệ co (aspec ratio): tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều cao của frame

1.2.2 Các chuẩn video tương tự :

Compoment Analog Video : chuẩn video này sử dụng các thành phầnmàu RGB hoặc là YcrCb (YIQ hoặc YUV)

Composite Video :

 NTSC (National Television Standards Committee): hiện tại được sửdụng ở Bác Mỹ và Nhật Có 262,5 dòng trên 1 field hay 525 dòng trên

1 frame, 60 frames/s

 PAL (Phase Alternating Line) và SECAM (Sequential Color AndMemory): được sử dụng ở Châu Âu và Việt Nam Các thông số kỹthuật: 625 lines, 50 frames/s

1.3 Tín hiệu video số:

1.3.1 Tín hiệu video số:

Tín hiệu video số được lưu trữ dưới dạng số Do đó chúng được lấymẫu và lượng tử hóa Tín hiệu video số là một thông tin 3 chiều gồm 2 chiềukhông gian và 1 chiều thời gian hay còn gọi là chuỗi ảnh số với mỗi ảnh số

là một ảnh được lấy mẫu và lượng tử hóa

1.3.2 Các chuẩn video số:

Việc trao đổi giữa các ứng dụng và các sản phẩm video số đã đưa ra cácchuẩn video số Các chuẩn này bao gồm:

 Chuẩn nén: dùng để trao đổi thông tin trong dạng nén của video

 Chuẩn các độ phân giải hiển thị: được dùng trong công nghiệp máytính

 Chuẩn studio số: được dùng trong ngành công nghiệp ti vi

 Chuẩn về giao tiếp mạng được dùng trong công nghiệp truyền thông

Digital Video Studio Standards

Các chuẩn về ảnh và video số nén:

II Kỹ thuật xử lý tín hiệu video trong truyền thông

Các phương pháp sử dụng:

 Phương pháp phổ biến: điều chế xung mã (PCM)

 Ngoài ra còn có: Điều chế xung mã vi sai (DPCM)

Điều chế xung mã vi sai thích ứng (ADPCM) Điều chế Delta (DM)

Quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số gọi là quá trình chuyển đổi A/D Quá trình này được đặc trưng bởi 3 bước: lấy mẫu, lượng

Sơ đồ quá trình chuyển đổi A/D và D/A của Hệ thống PCM

2.1 Quá trình chuyển đổi A/D

a Lấy mẫu

Lấy mẫu là quá trình rời rạc hóa tín hiệu theo thời gian Đây là quá trình chuyển đổi tín hiệu tương tự thành dãy các xung lấy mẫu (tín hiệu điều biên xung PAM) Chu kì của dãy xung lấy mẫu được xác định theo định lý Nyquist như sau:

là tần số lớn nhất của tín hiệu tương tự

Lấy mẫu tín hiệu tương tự

b Lượng tử hóa

Lượng tử hóa là làm tròn biên độ xung lấy mẫu tới mức lượng tử gần nhất  mã hóa giá trị mỗi xung lấy mẫu thành 1 từ mã có số lượng bit ít nhất

 Lượng tử hóa đều

Lượng tử hóa đều là chia biên độ các xung lấy mẫu thành các khoảng đều nhau, mỗi khoảng là 1 bước sóng lượng tử đều

Lượng tử hóa đều

Các mức chia trên biên độ gọi là các mức lượng tử Q Mối quan

hệ giữa mức lượng tử Q, độ biến thiên biên độ tín hiệu tương tự a,a) và được biểu diễn qua CT sau:

Sau đó cần làm tròn biên độ các xung lấy mẫu tới các mức

lượng tử gần nhất để nhận được xung lượng tử  méo lượng tử

Biên độ xung méo lượng tử nằm trong giới hạn và công suất méo lượng tử được xác định theo CT sau:

a: biên độ tín hiệu tương tự : xác suất phân bố giá trị tức thời của biên độ xung lấy mẫu

trong 1 bước lượng tử

 Công suất méo tín hiệu chỉ phụ thuộc mà không phụ thuộc vào biên độ tín hiệu, do đó lượng tử hóa đều sẽ làm giảm chất lượng tín hiệu tại đầu thu Vì vậy trong hệ thống PCM chỉ dử dụnglượng tử hóa không đều

 Lượng tử hóa không đều

Lượng tử hóa không đều là chia biên độ xung lấy mẫu thành cáckhoảng không đều theo nguyên tắc khi biên độ xung lấy mẫu càng lớn thì độ dài bước lượng tử càng lớn

Lượng tử hóa không đều

c Mã hóa

 Đặc tính biên độ của bộ mã hóa – nén số

Mã hóa là chuyển đổi biên độ xung lượng tử thành một từ mã 8 bit,

giúp đáp ứng tối ưu tốc độ truyền tin trên kênh truyền

Để thực hiện được điều đó cần sử dụng bộ mã hóa – nén số có đặc

tính biên độ dạng lôgarit Biểu thức toán học của bộ mã hóa – nén số như sau:

Trong đó:

A = 87,6 đặc trưng cho mức độ nén

và

Nhánh dương đường đặc tính biên độ của bộ mã hóa – nén sốA=87,6/13

 Hoạt động của bộ mã hóa – nén số

2.2 Quá trình chuyển đổi D/A

Bộ giải mã – dãn số: chuyển đổi mỗi từ mã 8 bit thành xung lượng tử

đã bị nén và sau đó dãn biên độ xung tới giá trị như chưa bị nén Cần chú ý

là đường đặc tuyến bộ giải mã – dãn số phải đối xứng với đường đặc tuyến

bộ mã hóa – nén số để không gây méo khi khôi phục tín hiệu

Đường đặc tuyến của bộ nén và dãn số analog

Bộ lọc thông thấp: khôi phục lại tín hiệu tương tự nhờ nội suy giữa

các mẫu kế tiếp nhau với tần số cắt 3,4 kHz từ các dãy xung lượng tử của bộ giải mã – dãn số

Phần 2: Nén video và phương pháp mã hóa

dự đoán

I Giới thiệu về nén video

Nén là quá trình trong đó lượng số liệu biểu diễn lượng thông tin của một

ảnh hoặc nhiều ảnh được giảm bớt bằng cách loại bỏ những số liệu dư thừa trong tín hiệu video

I.1 Dư thừa thông tin trong tín hiệu Video

 Dư thừa không gian giữa các pixel

 Dư thừa thời gian giữa các ảnh liên tiếp nhau

 Dư thừa thành phần màu biểu diễn

 Dư thừa thống kê các kí hiệu trong dòng bit truyền

 Dư thừa tâm lí thị giác con người (vượt quá khả năng cảm nhận của hệ thống thị giác)

I.2 Mục tiêu của nén tín hiệu Video

 Giảm tốc độ dòng bit của tín hiệu gốc xuống một giá trị nhất định,

đủ để có thể tái tạo ảnh khi giải nén

 Giảm dung lượng dữ liệu trong lưu trữ cũng như giảm băng thông truyền dẫn cần thiết

 Tiết kiệm chi phí trong lưu trữ và truyền dẫn dữ liệu trong khi vẫn duy trì chất lượng ảnh ở mức chấp nhận được

II Chỉ tiêu nén tín hiệu video

 Tỷ số nén

 Tỷ số nén dung lượng lưu trữ

 Tỷ số nén dung lượng ảnh

 Tỷ số nén tốc độ dòng bit (bit/s)

 Chất lượng nén

 Nén không mất mát thông tin

 Nén có mất mát thông tin (dựa trên sai số MSE, SNR)

 Độ phức tạp

 Yêu cầu về thời gian: nén thời gian thực hay nén không thời gian thực

 Yêu cầu về không gian, bộ nhớ,

III Mô hình nén video

Hệ thống nén ảnh video bao gồm 3 thành phần cơ bản như sau:

Mô hình hệ thống nén

Trong đó:

 Biểu diễn thuận lợi: tín hiệu được trình bày dưới dạng thuận tiện

để nén có hiệu quả cao nhất

 Lượng tử hóa: truyền tín hiệu video số qua một kênh số bằng cáchnhững thông tin biểu diễn được lượng tử hóa thành một số hữu hạn các mức

 Gán các từ mã: các từ mã là một chuỗi bit dùng để biểu diễn các mức lượng tử hóa

Các quá trình trên sẽ được thực hiện ngược lại sau khi xử lí kênh truyền cho tín hiệu video

Mỗi hoạt động cố gắng loại bỏ phần tử dư thừa trong tín hiệu video và tận dụng sự giới hạn hệ thống nhìn của mắt người Nhờ đó các phần tử dư

thừa, các thông tin giống nhau hoặc có liên quan với nhau sẽ không được truyền đi.

IV Phương pháp nén video

Có nhiều kĩ thuật nén mất mát thông tin và không mất thông tin đã được phát triển trong nhiều năm qua nhưng chỉ có một số ít có thể áp dụng cho nén tín hiệu video số Một trong số đó là các kĩ thuật nén được sử dụng để tạo thành các tín hiệu nén JPEG (Joint Photographic Export Group) và

MPEG (Moving Picture Export Group)

Sự phối hợp các kĩ thuật trong JPEG và MPEG

a) Nén không mất mát thông tin

Nén không mất mát thông tin cho phép phục hồi lại đúng tín hiệu ban đầusau khi giải nén Các kĩ thuật nén không mất mát thông tin bao gồm:

 Mã hóa với độ dài thay đổi (VLC)

 Mã hóa với độ dài rộng (RLC)

 Sử dụng khoảng xóa frame và vòng

 Biến đổi cosin rời rạc (DCT)

b) Nén có mất mát thông tin

Nén có mất mát thông tin chấp nhận tổn hao một ít thông tin để gia tăng hiệu quả nén , rất thích hợp với nguồn thông tin là hình ảnh và âm thanh Nócho tỉ lệ nén ảnh cao để có thể truyền dẫn phát sóng Đồng thời cho một tỉ lệ nén thích hợp vào mục đích xử lí và lưu trữ trong studio

Nén tổn hao được thực hiện qua 3 bước liên tục:

 Bước 1: biến đổi tín hiệu từ miền thời gian (không gian) sang miền

tần số bằng cách sử dụng các thuật toán chuyển vị như biến đổi cosin rời rạc DCT bước này thực hiện việc giảm độ dư thừa pixel trong ảnh và quá trình này không gây tổn hao

 Bước 2: lượng tử hóa các hệ số DCT, việc mất mát dữ liệu có thể

xảy ra ở giai đoạn này

 Bước 3: nén dữ liệu đã biến đổi bằng cách mã hóa Entropy, mã

hóa không tổn hao như mã Huffman, RLC, Do vậy các kĩ thuật nén có mất mát thông tin được sử dụng gồm:

 Mã RLC (Run Length Coding)

 Mã hóa Shannon – Fano

 Mã hóa Huffman

 Phương pháp mã dự đoán

V Phương pháp mã dự đoán

V.1.1 Giới thiệu

Phương pháp mã dự đoán hay còn gọi là điều xung mã vi sai (DPCM – Differental Pulse Code Modulation) không mã hóa thông tin có biên độ ở mỗi mẫu, mà chỉ mã hóa thông tin có biên độ vi sai (biên độ chênh lệch) giữa mẫu đã cho và trị dự báo (được tạo từ các mẫu trước đó) Ngoài ra DPCM còn dựa vào đặc điểm của mắt người, cho phép dùng đặc trưng phi tuyến về lượng tử hóa.

Mã hóa DPCM

Sơ đồ khối mã hóa DPCM V: tín hiệu màu, V’=e+P: tín hiệu tạo lại e=V-P (P là hệ số dự đoán); : sai số dự đoán

Trong đó:

thời điểm trước (tín hiệu tham chiếu)

 Sai số dự đoán: sai khác giữa tín hiệu dự đoán với tín hiệu được

truyền đến Sai số dự đoán được dùng để giải mã đảm bảo khôngmất mát thông tin

Entropy như mã hóa Huffman,

Giải mã DPCM

Sơ đồ khối giải mã DPCM

được gửi đi theo chu kì nhất định, cho phép cập nhật được các giá trị chính xác

ta chỉ truyền đi sự sai lệch giữa các mẫu Điều này cho phép đạt được hiệuquả nén cao hơn nhiều so với việc mã hóa và truyền đi giá trị của từng mẫuriêng biệt

V.1.2 Mã hóa dự đoán trong nén tín hiệu video

a) Mã hóa dự đoán trong Intraframe video

Đây là kỹ thuật nén giảm độ dư thừa không gian Nén về không gian dựatrên nguyên tắc là phát hiện sự tương quan của các điểm ảnh (pixels) lân cậnnhau (Intra-frame coding techniques), ảnh được mã hoá một cách độc lập màkhông cần tham khảo tới các ảnh khác Hiệu quả nén tín hiệu đạt được doloại bỏ sự thừa về không gian mà không có yếu tố thời gian tham gia vàoquá trình JPEG chỉ áp dụng phương pháp nén theo không gian vì nó đượcthiết kế để xử lý và truyền các ảnh tĩnh Tuy nhiên nén tín hiệu theo phươngpháp của JPEG cũng có thể được dùng để nén các bức ảnh một cách độc lập

trongdãy tín hiệu video ứng dụng này thường được gọi là JPEG động(Motion JPEG)

Theo đó trong phương pháp này, tín hiệu dự báo trước được tạo từ các mẫu trong cùng một intraframe, khi đó các mẫu được biến đổi nằm trên cùngmột dòng quét (mã giữa các pixel) và cùng với các dòng lân cận (mã giữa các dòng)

Việc tạo tín hiệu dự báo Intraframe DPCM dựa trên mối liên kết giữa các điểm ảnh Do đó khi tạo tín hiệu dự báo cần chú ý đến các mẫu lân cận Tín hiệu dự báo có thể là hàm tuyến tính hoặc hàm phi tuyến tính của cácmẫu lân cận Tín hiệu dự báo có thể biểu diễn trên cơ sở giá trị của m

mẫu trước đó với m<n:

Có 2 phương pháp tạo tín hiệu dự báo:

 Dự báo cố định (hay dự báo độc lập) đối với ảnh số

 Dự báo thích nghi (hay dự báo phụ thuộc) đối với ảnh số

Các phương pháp trên đều có thể sử dụng cho các tín hiệu đen – trắng hay các tín hiệu màu thành phần để tạo dự báo

 Tạo dự báo DPCM tương tự

Mạch biến đổi DPCM với dự báo tương tự được minh họa như sau:

Mạch biến đổi DPCM với dự báo tương tự

Ở đây sử dụng các mạch tương tự và khuếch đại vi sai để có hiệu các tín hiệu vào ra

 Tạo dự báo DPCM số

Mạch biến đổi DPCM với dự báo số được minh họa như sau:

Mạch biến đổi DPCM với dự báo số

Ở đây sử dụng các mạch tương tự - số tuyến tính có độ chính xác cao, cáctín hiệu dự báo được tạo trong mạch số (có bộ nhớ số) và được trừ với tín hiệu vào (dưới dạng số)

 DPCM hỗn hợp

Mạch biến đổi DPCM hỗn hợp được minh họa như sau: