Đánh giá, phân tích và so sánh hiệu suất của hai bộ mã hóa video h 265 và h 264

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN DUY XUYÊN ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT CỦA HAI BỘ MÃ HOÁ VIDEO H.265 VÀ H.264 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH C NG NGHỆ THUẬT ĐIỆN T , TRU ỀN TH NG HÀ NỘI - 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN DUY XUYÊN ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH VÀ SO SÁNH HIỆU SUẤT CỦA HAI BỘ MÃ HOÁ VIDEO H.265 VÀ H.264 Ngành: C ng ngh K thuật Đi n t , Truy n th ng Chuyên ngành: K thuật Đi n t Mã số: 60520203 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH C NG NGHỆ THUẬT ĐIỆN T , TRU ỀN TH NG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ V HÀ HÀ NỘI - 2016 LỜI CAM ĐOAN T i xin cam đoan luận văn tốt nghi p “Đánh giá, phân tích so sánh hiệu suất hai mã hoá video H.265 H.264.” công trình nghiên cứu khoa học riêng thực hi n hướng dẫn TS Lê Vũ Hà Luận văn tốt nghi p kết trình nghiên cứu độc lập, không chép công trình nghiên cứu khác Các số li u luận văn s dụng trung thực, trích dẫn từ nguồn hợp pháp đáng tin cậy Hà Nội, ngày 19 tháng 07 năm 2016 Người thực hi n Tr n Duy Xuyên MỤC LỤC MỤC LỤC .1 DANH MỤC BẢNG BIỂU .3 DANH MỤC H NH V DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT TÓM TẮT Chương Giới thi u .8 Chương Tổng quan v H.265/HEVC 11 2.1 Cấu trúc bậc cao H.265/HEVC 11 2.1.1 NAL loại hình ảnh .11 2.1.2 Các tập tham số .14 2.2 Cấu trúc mã hoá 15 2.3 Cấu trúc khối k thuật song song 16 2.3.1 Phân vùng khối .16 2.3.2 Phân vùng hình ảnh .21 2.3.3 X lý song song H.265/HEVC 22 2.4 Kết luận .27 Chương Dự đoán nội ảnh dự đoán liên ảnh 28 3.1 Dự đoán nội ảnh 28 3.1.1 Thiết lập mẫu tham chiếu .29 3.1.2 Dự đoán mẫu nội ảnh 33 3.1.3 Chế độ mã hóa nội ảnh 36 3.2 Dự đoán liên ảnh 38 3.2.1 Dự đoán vector chuyển động tiên tiến (AMVP) 39 3.2.2 Nhập khối dự đoán liên ảnh 40 3.2.3 Nội suy mẫu phân số 41 3.3 Bộ lọc vòng 43 3.4 Kết luận .45 Chương Những s a đổi đ xuất v dự đoán nội ảnh 46 4.1 Chế độ dự đoán nội ảnh H.265/HEVC 46 4.2 Thuật toán chọn chế độ nội ảnh nhanh .48 4.3 Quá trình dự đoán nội ảnh nhanh k thuật song song 49 Chương Tổng kết .52 5.1 Kết luận .52 5.3 Hướng phát triển 53 DANH MỤC T I LI U THAM KHẢO 54 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2-1: Các loại gói Non-VCL NAL[1] 13 Bảng 2-2: Các loại gói VCL NAL[1] 13 Bảng 2-3: Kích thước khối bù chuyển động hỗ trợ H.265/HEVC k thuật trước đây[1] 20 Bảng 3-1: Sự khác dự đoán nội ảnh 29 H.265/HEVC H.264/AVC[1] 29 Bảng 3-3: Giá trị tham số B[1] .34 Bảng 3-2: Giá trị tham số A[1] .34 Bảng 3-4: Chế độ dự đoán nội ảnh màu dựa theo chế độ dự đoán nội ảnh[1] .38 DANH MỤC H NH V Hình 2-1: Cấu trúc tiêu đ gói NAL [1] 12 Hình 2-2: Các tập tham số H.265/HEVC[1] .14 Hình 2-3: Cấu trúc mã hóa video H.264/AVC .15 Hình 2-4: Cấu trúc mã hóa video Hybrid phiên H.265/HEVC đ u tiên 15 Hình 2-6: Ví dụ v phân vùng hình ảnh thành nhi u CTU 64x64[1] 17 Hình 2-5: Ví dụ phân vùng hình ảnh thành nhi u khối macro 16x16[1] 17 Hình 2-7: Ví dụ v phân vùng CTU theo thứ tự chi u sâu 18 Hình 2-8: Tất kích thước PU H.265/HEVC[1] 19 Hình 2-9: Ví dụ v chia CTB thành nhi u TBs .20 Hình 2-10: Mối quan h CU, PU TU H.265/HEVC 21 Hình 2-11: Cấu trúc mảnh độc lập H.265/HEVC[1] 21 Hình 2-12: Ví dụ v s dụng tile chia hình ảnh thành vùng, đường gạch thể hi n ranh giới vùng [1] 25 Hình 2-13: Quy trình tiles 25 Hình 2-14: X lý song song sóng trước .26 Hình 3-1: Ví dụ v chế độ dự đoán nội ảnh H.265/HEVC[1] 29 Hình 3-2: Quá trình thay mẫu (a) Mẫu tham chiếu trước thực hi n trình, mẫu sẵn ký hi u màu xám 30 (b) Mẫu tham chiếu sau thực hi n trình[1] .30 Hình 3-3: Quá trình lọc mịn (a) Bước thứ (b) bước thứ hai[1] .32 Hình 3-4: Các chế độ góc dự đoán nội ảnh [1] 33 Hình 3-5: Ví dụ v vi c đổi chỗ mấu tham chiếu bên trái đểm rộng hàng tham chiếu dọc chế độ nội ảnh 23[1] 35 Hình 3-6: Ví dụ v vi c s dụng chế độ dự đoán planar nội ảnh 36 (a) Tính thành ph n ngang (b) Tính thành ph n dọc .36 (c) giá trị trung bình (a) (b) [1] 36 Hình 3-7: Khái ni m v dự đoán liên ảnh[1] 38 Hình 3-8: Quá trình dự đoán liên ảnh H.265/HEVC[1] 39 Hình 3-9: Các khối có ứng viên vector chuyển động[1] 40 Hình 3-10: (a) Các ứng viên chọn danh sách sát nhập khối X, chúng sáp nhập thành dòng đậm, (b) Các bước kiểm tra dư để thêm ứng viên vào danh sách [1] 41 Hình 3-11: Vị trí mẫu phân số để nội suy [1] 42 Hình 3-12: De-blocking filter SAO H.265/HEVC[1] 43 Hình 3-13: mẫu vị trí chúng vùng ranh giới khối P Q[1] 44 Hình 4-1: Quá trình định chế độ dự đoán nội ảnh H.265/HEVC[5] 46 Hình 4-2: Quá trình lựa chọn chế độ nội ảnh s a đổi .49 Hình 4-3: WPP bước thứ 50 Hình 4-4: Luồng bắt đ u trình đồng thời với bước đ u tiên .50 Hình 4-5: Luồng 4, mã hóa entropy chạy theo thứ tự quét 51 DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT A AMVP: Advance Motion Vector Dự đoán vector chuyển động tiên tiến Prediction AVC: Advance Video Coding Nén video tiên tiến (H.264/AVC) C CTU: Coding Tree Unit Đơn vị mã hóa CTB: Coding Tree Block Khối mã hóa CU: Coding Unit Đơn vị mã hóa CB: Coding Block Khối mã hoá CRA: Clean Random Access Truy cập ngẫu nhiên H HEVC: High Efficiency Video Coding Mã hóa video hi u suất cao IDR: Instantaneous Decoding Refresh Giải mã tức thời IRAP: Intra Random Access Point Điểm truy cập ngẫu nhiên nội ảnh N NAL: Network Abstract Layer Lớp trừu tượng mã hóa mạng M MPM: Most Probable Mode Chế độ dự đoán P PB: Prediction Block Khối dự đoán PU: Prediction Unit Đơn vị dự đoán S STSA: Step-wise Temporal Sublayer Access Truy cập t ng phụ tạm thời T TB: Transform Block Khối biến đổi TU: Transform Unit Đơn vị biến đổi V VCL: Video Coding Layer Lớp mã hóa video W K thuật x lý song song sóng trước WPP: Wave-front Parallel Processing TÓM TẮT Video kh ng nén có độ phân giải chất lượng cao kh ng thể chuyển tín hi u qua mạng truy n th ng dung lượng lớn, nhu c u xem, s dụng video ngày cao Do đó, k thuật mã hóa nén video phát triển cải thi n nhi u thập kỷ để khắc phục vấn đ này, giảm thiểu dung lượng video, giúp cho vi c truy n dẫn video qua mạng đơn giản Hi n nay, H.264/AVC (Advance Video Coding - Nén video tiên tiến) tiêu chuẩn nén mã hóa video s dụng phổ biến toàn giới Tuy nhiên, nhu c u v video chất lượng cao hơn, tốc độ khung hình cao hơn, chẳng hạn video HD, UltraH, 4K 8K, H.264/AVC chưa có khả nén tốt Vì vậy, chuẩn nén video phát triển, phiên đ u tiên H.265/HEVC c ng bố vào tháng năm 2013, kh ng có khả mã hoá tốt video có độ phân giải cao mà giảm dung lượng video mã hoá n a so với chuẩn nén H.264/AVC Mục tiêu luận án tìm hiểu k thuật nén video hi n nay, H.265/HEVC (High Efficiency Video Coding - Mã hóa video hi u suất cao) Luận án đưa so sánh v k thuật nén H.265/HEVC H.264/AVC, để biết lý hi u nén H.265/HEVC tốt 50% so với chuẩn nén trước (H.264/AVC) Ngoài ra, H.265/HEVC chuẩn nén nhi u k thuật cải tiến tốt hơn, nên th ng qua trình tìm hiểu so sánh, t i tìm số phương pháp để cải thi n hi u suất giảm độ phức tạp, đặc bi t k thuật dự đoán nội ảnh H.265/HEVC Hình 3-10: (a) Các ứng viên chọn danh sách sát nhập khối X, chúng sáp nhập thành dòng đậm, (b) Các bước kiểm tra dư để thêm ứng viên vào danh sách [1] Danh sách ứng viên hợp có tính khác với danh sách vector ứng viên chuyển động Đó thành ph n ứng viên hợp phải chứa tất li u chuyển động có tất thông tin dự đoán, chẳng hạn loại dự đoán liên ảnh (P B), danh sách vector ứng viên chuyển động chứa vector chuyển động Các ứng viên hợp lựa chọn bởi: - Tối đa bốn ứng viên chọn từ năm khối lân cận không gian (A1, B1, B0, A0, B2) - Một ứng viên thời gian, giống ứng viên thời gian danh sách ứng viên vector chuyển động - Các ứng viên bổ sung tạo cách kết hợp thông tin chuyển động tồn danh sách, ứng c viên Ví dụ v ứng viên bổ sung minh họa hình 2-20 - Tất ứng viên mã hóa s dụng dự đoán liên ảnh 3.2.3 Nội suy mẫu phân số Tương tự với H.264, H.265/HEVC hỗ trợ dự đoán với độ xác ph n tám pixel với thành ph n màu, ph n tư pixel với thành ph n sáng Cụ thể, phép nội suy mẫu phân số s dụng để tạo mẫu tham chiếu h số vectơ dự đoán chuyển động kh ng phải số nguyên 41 Quá trình nội suy tạo mẫu tứ điểm ảnh H.264 có giai đoạn Giai đoạn đ u tiên tạo n a mẫu, s dụng lọc 6-tap, có độ trễ pha kh ng đổi 0,5, sau làm tròn kết trước trung bình với mẫu số nguyên g n để tạo tứ điểm ảnh chúng Quá trình thay đổi H.265/HEVC Các mẫu tứ điểm ảnh tạo trực tiếp cách s dụng lọc 7-tap 8-tap điểm ảnh nguyên Đi u giúp tăng hi u mã hóa dự đoán, độ xác cao loại bỏ trình làm tròn, lỗi làm tròn Hình 3-11: Vị trí mẫu phân số để nội suy [1] Ví dụ, a0,0 tạo cách s dụng lọc 7-tap, c0,0, e0,0, g0,0…trong b0,0, f0,0 tạo cách s dụng lọc 8-tap, thể hi n hình 2-21 Do s dụng lọc có số tap nhi u hơn, H.265/HEVC dự đoán xác so với lọc 6-tap s dụng H.264, làm tăng số lượng li u c n phải lưu phức tạp mã hóa Vì H.265/HEVC có hạn chế để giảm băng th ng nhớ Thay mẫu 4x4, kích thước khối dự đoán nhỏ 8x4 4x8, để dự đoán đơn lẻ 42 3.3 Bộ lọc vòng Hình 3-12: De-blocking filter SAO H.265/HEVC[1] Bộ lọc vòng trong ph n quan trọng H.265/HEVC Hai lọc vòng deblocking filter độ l ch tương thích mẫu (SAO – Sample Adaptive Offset) Do H.265/HEVC k thuật mã hóa video hybrid dựa theo khối, tạo khối gián đoạn ranh giới dự đoán khối suốt toàn trình mã hóa Bộ lọc deblocking làm giảm tất nhiễu khối vu ng, SAO làm giảm nhiễu rung thay đổi cường độ số mẫu Cả hai đ u áp dụng bước cuối sau trình tái xây dựng hình ảnh trước lưu vào đ m hình ảnh giải mã, theo thứ tự SAO thực hi n sau lọc deblocking filter Ngoài ra, lọc deblocking filter SAO kh ng phụ thuộc vào cấu hình mã hóa Mục đích lọc vòng nâng cao chất lượng hình ảnh giải mã, nâng cao hi u nén Trong H.265/HEVC, lọc deblocking filter s dụng ranh giới đơn vị mã hóa (CU), đơn vị dự đoán (PU) đơn vị biến đổi (TU) Vi c định li u khối có lọc hay kh ng dựa vào chế độ dự đoán, khối li n k , vector chuyển động, cụ thể biến gọi sức mạnh ranh giới (Bs – Boundary strength) - Bs = tồn khối li n k ảnh - Bs = nếu: o Một khối li n k có h số biến đổi khác kh ng 43 o Các khối li n k có khác bi t t đối v vectơ chuyển động lớn mẫu sáng số nguyên o Các khối li n k có vectơ chuyển động liên quan đến hình ảnh khác nhau, số lượng vector khối kh ng giống - Nếu kh ng, Bs = Trong H.264, Bs có mức {0, 1, 2, 3, 4} nhi u hoàn cảnh, H.265/HEVC hỗ trợ mức Bs Ngoài ra, kích thước khối lớn hơn, có nghĩa số khối nhỏ hơn, phức tạp lọc deblocking filter H.265/HEVC giảm so với H.264 Bộ lọc deblocking filter s dụng ranh giới khối Bs khối lớn Tuy nhiên, c n thực hi n bước thẩm định trước s dụng lọc Đối với ranh giới khối chói, định lọc dựa phân đoạn bốn mẫu Theo biểu thức sau: | | | | | Trong | | | ngưỡng v tham số số lượng t hóa Hình 3-13: mẫu vị trí chúng vùng ranh giới khối P Q[1] 44 Có chế độ lọc deblocking filter: chế độ bình thường chế độ mạnh Chế độ mạnh áp dụng ba biểu thức đúng: | | | | | | | | | | Chức SAO giảm nhiễu rung ảnh trước ảnh lưu vào đ m (Decoded Picture Buffer) Nếu lọc SAO kích hoạt, trình thực hi n sau lọc de-blocking Trong H.265/HEVC, lọc SAO có chế độ EO (Edge Offset) BO (Band Offset) 3.4 Kết luận Dự đoán nội ảnh dự đoán ảnh hai k thuật x lý quan trọng nén video tất chuẩn từ trước tới Trong H.265/HEVC, dự đoán nội ảnh cải tiến nhi u so với H.264/AVC để thích hợp với mã hóa nén video có độ phân giải cao Đ u tiên, tập hợp kích thước block dự đoán mở rộng tới 32x32, H.264/AVC 16x16 Cùng với cấu trúc khối thay đổi, khối dự đoán tái cấu trúc giúp hình ảnh trơn tru Thứ hai số hướng dự đoán góc tăng từ tới 33 hướng Độ phức tạp tính toán cao bù lại dự đoán nội ảnh H.265/HEVC dự đoán chuẩn xác H.264/AVC Nhiễu block ranh giới khối x lý tốt với lọc nhiễu block, lọc vòng X lý thiết lập mẫu tham chiếu giúp cho dự đoán nội ảnh x lý song song, đặc bi t mẫu ranh giới tile s dụng k thuật song song tile Dự đoán liên ảnh H.265/HEVC phát triển chút so với H.264/AVC Vector chuyển động dự đoán nhanh xác với k thuật AMVP K thuật nhập khối dự đoán liên ảnh giúp cho x lý giải mã nhanh hình ảnh mượt mà ranh giới khối nhập Cuối x lý dự đoán trực tiếp mẫu phân số H.265/HEVC giảm đáng kể sai số mẫu so với chẩn mã hóa trước, H.264/AVC 45 Chương Những sửa đổi đề xuất dự đoán nội ảnh 4.1 Chế độ dự đoán nội ảnh H.265/HEVC Hình 4-1: Quá trình định chế độ dự đoán nội ảnh H.265/HEVC[5] 46 Ph n giải thích chi tiết trình lựa chọn chế độ dự đoán nội ảnh PU Con số cho thấy toàn bước định chế độ dự đoán nội ảnh H.265/HEVC Sau tạo khối tham chiếu, tất 33 chế độ góc cạnh móc nối lại để tính toán định chế độ th (RMD - Rough Mode Decision) cách biến đổi Hadamard, H.264/AVC s dụng cách biến đổi cosin rời rạc (DCT - Discrete Cosine Transform) Nó làm giảm phức tạp thuật toán Trong trình RMD, biểu thức là: Trong đó, ∑∑| | HSAD tổng t đối số dư biến đổi Hadamard, Rmode bit chế độ dự đoán, λ Lagrange multiplier, khối hi n p yếu tố dự đoán điểm ảnh lân cận tương ứng với chế độ dự đoán W H chi u rộng chi u cao khối hi n tương ứng Ma trận H, hạt nhân biến Hadamard, xác định sau: | | | | Bước cuối tính chi phí biến dạng theo tỷ l đủ (CFRD): 47 Trong SSD (Sum of Square Difference) tổng chênh l ch vu ng khối tái xây dựng khối ban đ u, Rbits số bit khối hi n Sau thực hi n tất bước, tất giá trị CFRD xếp thứ tự tăng d n Các chế độ tốt xếp đ u danh sách Có chế độ ứng viên tốt cho khối 8x8 4x4, khối khác có chế độ tốt 4.2 Thuật toán chọn chế độ nội ảnh nhanh Ph n 4.1 thể hi n tính phức tạp mức tiêu thụ thời gian chế độ dự đoán nội ảnh H.265/HEVC Cụ thể, có hai l n 35 hướng Vòng tính RMD, sau vòng hai để đánh giá chi phí RD, vòng lặp hai trình phân loại Ngoài ra, phức tạp tính toán chi phí RD cao Do đó, để cải thi n tốc độ lựa chọn chế độ nội ảnh H.265/HEVC Một lý tưởng tìm Trong [5] [6] đ u đồng ý chế độ nội ảnh tốt khối có mối quan h với danh sách xếp sau tính RMD Tỷ l lựa chọn chế độ tốt danh sách 90% Như đ cập trên, có chế độ nội ảnh tốt cho khối, có kích thước 8x8 4x4, chế độ cho kích thước khác Vì vậy, thuật toán thay đổi sau: sau tính toán phân loại tất 35 kết RMD, số chế độ danh sách xếp giữ để đánh giá chi phí RD phụ thuộc vào kích thước khối hi n (PU) Các chế độ khác đ u bị loại 48 Thuật toán đ xuất là: Hình 4-2: Quá trình lựa chọn chế độ nội ảnh s a đổi Áp dụng thuật toán này, số l n lặp giảm nhi u có thể, giống tính phức tạp trình tính chi phí RD Thuật toán đơn giản giữ chế độ ứng viên mà kh ng tính đến kích thước PU, thay đổi số chế độ để tăng hội tìm chế độ tốt 4.3 Quá trình dự đoán nội ảnh nhanh kỹ thuật song song Trong ph n 2.3.3, WPP giải thích chi tiết Nó công cụ song song s dụng H.265/HEVC, phù hợp với dự đoán nội ảnh Một hình ảnh chia thành nhi u hàng Mỗi luồng nội ảnh x lý tất CTU hàng đó, bắt đ u từ CTU bên trái sang cuối bên phải Do ràng buộc với khối tham chiếu ảnh, hàng bắt đ u dự đoán tất khối khối hi n thời đ u tiên kết thúc trình dự đoán Ví dụ, tất khối chia 49 kích thước, trình dự đoán hàng hi n bắt đ u thời điểm với khối thứ ba hàng trên, xem hình 4-3 Hình 4-3: WPP bước thứ H.265/HEVC thiết kế để thực hi n song song H u hết tất quy trình, đơn vị thuộc H.265/HEVC thực hi n song song Ph n giải thích trình song song Quá trình bao gồm bước: x lý song song mã hóa entropy Bước đ u tiên WPP, trình dự đoán nội ảnh hàng Ngay sau hoàn thành bước đ u tiên, thông tin nội ảnh lưu lại, sau bước thứ hai bắt đ u vi c tạo luồng để mã hóa entropy Theo cách đơn giản, phương pháp kết hợp trình dự đoán nội ảnh với trình mã hóa entropy Hình 4-4: Luồng bắt đ u trình đồng thời với bước đ u tiên 50 Thuật toán có số thuận lợi Thuận lợi đ u tiên tối đa hóa tỷ l tăng tốc bước WPP Công cụ song song đẩy nhanh trình dự đoán nội ảnh Thuận lợi thứ hai giảm thiểu hao hụt hi u suất Quá trình mã hóa Entropy x lý theo thứ tự quét màng tự để khởi động chạy liên tục với luồng WPP, thuận lợi thứ ba là: tốc độ nhanh Hình 4-5: Luồng 4, mã hóa entropy chạy theo thứ tự quét 51 Chương Tổng kết 5.1 Kết luận Nói chung, tất k thuật thực hi n H.265/HEVC cải tiến dựa H.264 AVC Một số k thuật phức tạp so với k thuật trước, ví dụ 64x64 CTU, dự đoán nội ảnh với 35 chế độ có sẵn, lọc vòng có lọc van, vv Kích thước khối tăng lên đến tối đa 64x64, gấp 16 so với khối macro H264, cải tiến quan trọng Ngoài ra, H.265/HEVC thiết kế để ứng dụng k thuật song song Tính t với tiêu chuẩn nén video giúp đẩy nhanh thời gian mã hóa giải mã, dựa công ngh ph n cứng cải tiến H u tất cú pháp cấu trúc H.265/HEVC đ u hỗ trợ mã hóa giải mã cách độc lập Dù tính phức tạp thuật toán tính toán, thời gian mã hóa giải mã giảm nhờ k thuật song song 52 5.3 Hướng phát triển Mặc dù H.265/HEVC công bố vào đ u năm 2013, tiêu chuẩn mã hóa video phổ biến H.264 G n đây, có nhi u nghiên cứu để nâng cấp H.265/HEVC, thuật toán cho ph n m m ph n cứng Do đó, toán đặt c n phải tìm ý tưởng để phát triển H.265/HEVC trở lên tốt hơn, đặc bi t dự đoán nội ảnh ph n mà tập trung phân tích Trong luận án, có phân tích mang tính khái ni m mà mô hình mô Do đó, tương lai g n, u phải làm thực hi n k thuật đ xuất đ cập chương trước Đặc bi t, bước phát triển sau, ph n m m mã nguồn mở HM (https://hevc.hhi.fraunhofer.de/) s dụng để thực hi n mô 53 ANH MỤC TÀI IỆU THAM HẢO [1] Vivienne Sze, Madhukar Budagavi, Gary J.Sullivan, “High Efficiency Video Coding (HEVC) Algorithms and Architectures”, USA [2] Gary J.Sullivan, Jens-Rainer Ohm, Woo-Jin Han, Thomas Weigand, “Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) standard”, IEEE Transactions of recruiting [3] Marta Merlo Serrano, “Improved Intra-Prediction for Video Coding”, Master Thesis, Queen Mary University of London, July 2014 [4] Frank Bossen, Benjamin Bross, Karsten Suhring, “HEVC Complexity and Implementation Analysis”, Circuits and Systems For Video Technology, Dec 2012 [5] Liang Zhao, Li Zang, Siwei Ma, Debin Zhao, “Fast Mode Decision Algorithm for Intra Prediction in HEVC” [6] Do Kyung Lee, Je-Chang Jeong, “Fast Intra Coding by using RD Cost Candidate Elimination for High Efficiency Video Coding”, the World Congress on Engineering and Computer science 2014, Vol I, San Francisco, USA [7] Yanan Zhao, Li Song, Xiangwen Wang, Min Chen, Jia Wang, “Efficient realization of parallel HEVC intra coding” [8] Qin Yu, Liang Zhao, Siwei Ma, “Parallel AMVP Candidate list construction for HEVC” [9] Mauricio Alvarez Mesa, Chi Ching Chi, Thomas Schierl and Ben Juurlink, “Evaluation of parallelization strategies for the emerging HEVC standard”, Heinrich Hertz Institute, Berlin, Germany [10] H Brahmasury Jain and K.R Rao, “Fast intra mode decision in High Efficiency Video Coding” [11] Heming Sun, Dajiang Zhou, Satoshi Goto, “A low-complexity HEVC intra prediction algorithm based on level and mode filtering”, IEEE International Conference on Multimedia and Expo, 2012 [12] Roman I Chernyak, “Analysis of the intra prediction in H.265/HEVC”, Mathematical Sciences, Vol 8, 2014 [13] Xu X., Cohen R., Vetro, Sun H., “Predictive coding of intra prediction modes for High Efficiency Video Coding”, Mistubishi electric research laboratories, May 2012 [14] Haijun Lei, Zhongwang Yang, “Fast intra prediction mode decision for High Efficiency Video Coding”, 2nd International Symposium on Computer, Communication, Control and Automation, 2013 54 [15] Shohei Matsuo, Seishi Takamura and Atsushi Shimizu, “Modification of intra angular prediction in HEVC”, NTT Media Intelligence Laboratories, NTT Corporation, Yokosuka, Japan [16] Younhee Kim, DongSan Jun, Soon-heung Jung, Jin Soo Choi, and Jinwoong Kim, “A fast intra-prediction method in HEVC using rate-distortion estimation based on hadamard transform”, ETRI Journal, Vol 35, Num 2, April 2013 [17] Thomas Wiegand, Gary J Sullivan, “The H.264/AVC Video Coding Standard”, IEEE Signal processing magazine, 03/2007 55 [...]... nội ảnh và liên ảnh của hai chuẩn nén Ph n cuối cùng là những so sánh v bộ lọc trong, và chức năng kh rung, kh blocked của nó 2.3 Cấu trúc khối và kỹ thuật song song H. 265/ HEVC là một phương pháp mã h a video h n h p theo khối, n n tảng của mã hoá video, giống như những chuẩn mã hoá trước Cũng như H. 264/ AVC, h nh ảnh được chia thành nhi u khối Tuy nhiên, H. 265/ HEVC đ xuất một cấu trúc dữ li u, có thể... quá trình mã hoá một h nh ảnh cụ thể PPS thay đổi theo h nh ảnh, nhưng những h nh ảnh khác vẫn có thể tham chiếu tới PPS đó (th ng qua ID) 14 2.2 Cấu trúc mã hoá H nh 2-3: Cấu trúc mã h a video của H. 264/ AVC H nh 2-4: Cấu trúc mã h a video Hybrid của phiên bản H. 265/ HEVC đ u tiên Theo h nh 2-4, ta có thể thấy rằng mã hoá H. 265/ HEVC được xây dựng dựa trên n n tảng cơ bản của H. 264/ AVC Tất cả những bước... ảnh thành nhi u CTU 64x64[1] Do kích thước khối lớn, vi c mã h a của H. 265/ HEVC trở lên hi u quả h n, nhưng đòi h i bộ nhớ tốt h n, làm tăng độ trễ và sự phức tạp trong tính toán ở cả hai bộ mã h a và giải mã Tuy nhiên, kích thước khối lớn h n cho phép cấu trúc mã h a của H. 265/ HEVC phù h p với đặc điểm nội dung video có độ phân giải cao, so với tất cả 17 các tiêu chuẩn mã h a trước đó Cụ thể như trong... trễ mã h a trong H. 265/ HEVC, so với quá trình mã h a đồng bộ của các tiêu chuẩn cũ Trong H. 265/ HEVC, có ba cấp độ cấu trúc có thể thực hi n theo x lý song song: - Song song cấp h nh ảnh: nhi u h nh ảnh có thể được mã h a cùng một lúc Do đó, các thành ph n phụ thuộc thời gian cho dự đoán bù chuyển động được đáp ứng Mỗi lõi trong một bộ x lý có trách nhi m mã h a một h nh ảnh - Song song cấp mảnh: Như... nhóm mảnh, được s dụng trong H. 264/ AVC Tile là nhằm mục đích đạt được hi u quả x lý song song mà kh ng ảnh h ởng nhi u đến chất lượng video, và kiểm so t cân bằng giữa các lõi trong bộ mã h a/ giải mã Nếu tile được kích hoạt, h nh ảnh sẽ được chia thành nhi u khu vực h nh chữ nhật (phân nhóm h nh ảnh) Dựa trên cơ chế phân vùng theo độ phức tạp của ảnh một cách linh hoạt, vi c bố trí các khu vực h nh... cải thi n đáng kể khả năng dự đoán và chuyển đổi của tiêu chuẩn nén H. 265/ HEVC này 2.3.1 Phân vùng khối 2.3.1.1 Khối mã h a cây và đơn vị mã h a cây Thay vì s dụng khối macroblock như H. 264/ AVC và tất cả các tiêu chuẩn mã h a video trước, trong H. 265/ HEVC, một h nh ảnh được phân chia thành nhi u khối vu ng, gọi là khối mã h a cây (CTB – Coding Tree Blocks), như thể hi n trong h nh 2-5 (macroblock) và. .. th ng tin, k thuật quan trọng v H. 265/ HEVC, sau đó phân tích và so sánh với các tiêu chuẩn mã h a trước đó, cụ thể là H. 264/ AVC để biết lý do tại sao H. 265/ HEVC có thể nén với hi u suất cao như vậy Nội dung luận án được bố trí như sau: - Chương 2 m tả n n tảng của H. 265/ HEVC và so sánh các tính năng chung v cấu trúc block với H. 264/ AVC và k thuật song song mới - Chương 3 giải thích và so sánh k thuật... tốt h n H. 264/ AVC do kích thước khối cũng như k thuật nén của H. 265/ HEVC phức tạp h n Tuy nhiên, với những video có độ phân giải dưới HD, H. 264/ AVC sẽ tốt h n vì kích thước khối nhỏ h n và x lý ít phức tạp h n H. 265/ HEVC Do x lý trong H. 265/ HEVC phức tạp, nên quá trình mã h a nén sẽ khéo dài h n H. 264/ AVC Vì vậy, áp dụng s lý song song sẽ giảm bớt đáng kể thời gian x lý, nhưng yêu c u phải có một h thống... dụng phổ biến Hi u suất nén video của H. 265/ HEVC cao, cho phép truy n các video chất lượng cao h n, độ phân giải, tỷ l khung h nh với dải động màu cao h n Do chỉ cung cấp hi u suất mã h a cho các bộ mã h a, nên nó kh ng đảm bảo video có chất lượng cụ thể, vì vậy H. 265/ HEVC hi n giờ vẫn còn trong quá trình phát triển và tối ưu h a Mục đích của luận án này là thể hi n những khía cạnh quan trọng nhất và. .. thảo luận, trong H. 265/ HEVC, một h nh ảnh được phân chia thành nhi u mảnh Những mảnh này có thể được mã h a một cách độc lập với những mảnh khác trong cùng một h nh ảnh, do đó các mảnh có thể được s dụng để song song h a Tất cả các dữ li u c n thiết để giải mã chứa trong tiêu đ mảnh, dữ li u mảnh và các loại tập tham số - Song song cấp khối: dựa vào các quá trình độc lập của một khối mã h a, song song