Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)Nghiên cứu tiêu chuẩn nén h.264 và ứng dụng trong truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) (LV thạc sĩ)
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - Nguyễn Đức Thiệp NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN NÉN H.264 VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN HÌNH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (HDTV) LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2017 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG - Nguyễn Đức Thiệp NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN NÉN H.264 VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN HÌNH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (HDTV) CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN QUÝ SỸ HÀ NỘI – 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Học viên Nguyễn Đức Thiệp ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH SÁCH BẢNG ix DANH SÁCH HÌNH VẼ x LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU VỀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA SỐ HÓA TÍN HIỆU VIDEO VÀ NÉN VIDEO SỐ 1.1 Mục đích nén tín hiệu 2 1.1.1 Nhu cầu công nghệ nén truyền hình 1.1.2 Mục đích nén tín hiệu 1.2 Quá trính số hóa tín hiệu 1.2.1 Lấy mẫu 1.2.2 Lượng tử hóa 1.2.3 Mã hóa 1.3 Tốc độ bít thông lƣợng kênh truyền tín hiệu số 1.3.1 Tốc độ bit 1.3.2 Thông lượng kênh truyền tín hiệu số 1.4 Quá trình biến đổi tín hiệu màu 1.5 Các tiêu chuẩn lấy mẫu video tín hiệu số 1.6 Mô hình nén tín hiệu Video 1.6.1 Nén tín hiệu Video 10 1.6.2 Lượng tin trung bình 10 1.7 Phân loại kĩ thuật nén 13 1.8 Quá trình biến đổi 13 1.8.1 Điều xung mã vi sai DPCM 14 1.8.2 Mã hóa biến đổi 14 iii 1.9 Quá trình lƣợng tử 16 1.9.1 Lượng tử vô hướng 16 1.9.2 Lượng tử vector 16 1.10 Quá trình mã hóa 17 1.10.1 Mã hóa độ dài thay đổi 17 1.10.1.1 Mã hóa Huffman 18 1.10.1.2 Mã hóa mức dọc chiều dài RLC 18 1.11 Tiêu chuẩn đánh giá chất lƣợng ảnh nén 19 1.12 Kết luận chƣơng 20 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN NÉN H.264/AVC 2.1 Tổng quan chuẩn video 2.1.1 Dòng H.26x 21 21 21 2.1.1.1 Chuẩn H.261 21 2.1.1.2 Chuẩn H.263 22 2.1.1.3 Chuẩn H.264/AVC 22 2.1.2 Dòng MPEG 23 2.1.2.1 Chuẩn MPEG – 23 2.1.2.2 Chuẩn MPEG – 23 2.1.2.3 Chuẩn MPEG – 23 2.2 Cấu trúc H.264 24 2.2.1 Không gian màu YCrCb kiểu lấy mẫu 4:2:0 24 2.2.2 Macroblock 24 2.2.3 Slice 25 2.2.4 Profile 27 2.3 Qui trình nén giải nén H.264 2.3.1 Quy trình nén 28 28 2.3.1.1 Dự đoán 29 2.3.1.1.1 Dự đoán Inter 29 2.3.1.1.2 Dự đoán Intra 35 iv 2.3.1.2 Biến đổi lượng tử hóa 38 2.3.1.2.1 Biến đổi DCT lượng tử vô hướng 39 2.3.1.2.2 Quá trình biến đổi lượng tử với block khác biệt 4x4 41 2.3.1.2.3 Biến đổi lượng tử block 4x4 luma gồm hệ số DC 45 2.3.1.2.4 Biến đổi lượng tử block 2x2 chroma gồm hệ số DC 45 2.3.1.3 Tái xếp 46 2.3.1.4 Mã hóa luồng bit nén hay mã hóa Entropy 47 2.3.1.4.1 Mã hóa Entropy Exp-Golomb 47 2.3.1.4.2 Mã hóa chiều dài thay đổi ứng ngữ cảnh CAVLC 49 2.3.1.4.3 Mã hóa nhị phân số học ứng ngữ cảnh CABAC 50 2.3.1.5 Lọc tách khối 50 2.3.2 Quy trình giải nén 51 2.3.2.1 Giải mã luồng bit nén 52 2.3.2.2 Rescaling biến đổi ngược 52 2.3.2.3 Tái xây dựng 52 2.4 Những ƣu điểm chuẩn nén H.264 so với chuẩn trƣớc 52 2.5 Kết luận chƣơng 55 Chƣơng 3: ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN NÉN H.264/AVC TRONG TRUYỀN HÌNH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV 56 3.1 Các thông số kỹ thuật đặc trƣng cho hệ thống Truyền hình độ phân giải cao HDTV 3.1.1 Một số khái niệm truyền hình 3.1.1.1 Các thông số kỹ thuật hình 56 56 56 3.1.1.1.1 Điểm ảnh (pixel) 56 3.1.1.1.2 Độ phân giải hình 56 3.1.1.1.3 Tần số quét, cách quét 56 3.1.1.1.4 Tỉ lệ khuôn hình 57 3.1.1.1.5 Thời gian đáp ứng (Response Time) 57 v 3.1.1.2.6 Độ tương phản 3.1.2 Công nghệ HDTV 57 58 3.1.2.1 Khái niệm Truyền hình HDTV 58 3.1.2.2 Kỹ thuật xử lý tín hiệu thông số đặc trưng 58 3.1.2.2.1 Đối với truyền hìn số độ phân giải tiêu chuẩn (SDTV) 58 3.1.2.2.2 Đối với truyền hình số độ phân giải cao (HDTV) 58 3.2 Ứng dụng H.264 truyền dẫn phát sóng HDTV 3.2.1 Sơ đồ tổng quan truyền dẫn phát sóng Đài Truyền hình 61 61 3.2.1.1 Nhiệm vụ phòng Tổng khống chế 61 3.2.1.2 Khảo sát nguyên lý hoạt động phòng phát sóng 62 3.2.2 Truyền dẫn phát sóng HDTV kênh Truyền hình Quốc Phòng 63 3.2.2.1 Chuẩn file phát sóng kênh 63 3.2.2.2 Sơ đồ tổng quan Kênh 64 3.2.2.3 Ưu nhược điểm việc ứng dụng triển khai chuẩn nén H.264/AVC cho truyền dẫn phát sóng Kênh 67 3.2.2.4 Sơ đồ đấu nối thiết bị truyền dẫn phát sóng 68 3.3 Kết luận chƣơng 69 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 70 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 vi DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt AVC CABAC CAVLC Tiếng Anh Tiếng Việt Advanced Video Coding Chuẩn mã hóa video tiên tiến Context-based Apdaptive Mã hóa entropy dùng thuật toán mã Binary Arithmetic Coding hóa số học ứng ngữ cảnh Context-based Adaptive Mã hóa chiều dài thay đổi ứng ngữ Variable Length Coding cảnh Định dạng mã hóa hình ảnh có kích CIF Common Intermediate Format CODEC Coder and Decoder Bộ mã hóa giải mã DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi cosin rời rạc DPCM DWT ExpGolomb GOP Differential Pulse Code Modulation thước 352 x 288 Điều xung mã vi sai Discrete Wavelet Transform Biến đổi Wavelet rời rạc Exponential Golomb Mã Exponential Golomb Group of Picture Nhóm ảnh Là chuẩn nén tín hiệu tiến tiến hay gọi AVC/MPEG-4 Part H.264 10 HDTV IEC IDCT High Definition Television International Electrotechnical Commission Inverse Discrete Cosine Transform Truyền hình phân giải cao Ủy ban Kỹ thuật Điện tử Quốc tế Biến đổi ngược Cosine rời rạc vii Viết tắt Tiếng Anh International Standards ISO ITU Organization International Telecommunication Union Tiếng Việt Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế Liên minh Viễn thông quốc tế Kỹ thuật nén ảnh không tổn hao LOSSLESS (không liệu) Kỹ thuật nén ảnh có tổn hao (có LOSSY liệu) MAE Mean Absolute Error Sai số tuyệt đối trung bình MB Macroblock Đa khối(khối macro) MC Motion Compensation Bù chuyển động ME Motion Estimate Ước lượng chuyển động MSE Mean squared error Sai số bình phương trung bình MF Multipy Factor Hệ số nhân MPEG Moving Pictures Experts Group Nhóm chuyên gia nén ảnh động NAL Network Abstraction Layer Lớp trừu tượng mạng SNR Signal-to-noise ratio Tỉ số tín hiệu nhiễu PCM Pulse Code Modulation Điều xung mã PSNR Peak to Signal to Noise Ratio QCIF QP Tỉ số tín hiệu nhiễu đỉnh Quarter Common Intermediate Định dạng hình ảnh có kích thước Format 176 x 144 Quantization Parameter Thông số lượng tử viii Viết tắt RGB MDCT Tiếng Anh Red/Green/Blue Ba màu màu đỏ/Xanh/Lam Modified Discrete Cosine Chuyển đổi cosine rời rạc sửa đổi Transform Truyền hình tiêu chuẩn SDTV Standard Televison VCEG Video Coding Experts Groups VCL Video Coding Layer VLC Variable Length Code VRML Tiếng Việt Virtual Reality Modeling Language Nhóm chuyên gia mã hóa Video Lớp mã hóa Video Mã có chiều dài thay đổi Ngôn ngữ mô hình thực ảo Luminance, Blue YCbCr chrominance, Red chrominance Độ chói, màu lam, màu đỏ 58 3.1.2 Công nghệ HDTV 3.1.2.1 Khái niệm Truyền hình HDTV HDTV viết tắt chữ High Definition Television (truyền hình có độ nét cao), với độ phân giải hình tạo từ 1280x720 gần triệu pixel (Ready HD) hay 1920x1080 triệu pixel (Full HD), độ phân giải HDTV gấp từ 2,5 đến lần SDTV Vì HDTV thể hình ảnh chi tiết rõ nét Sự khác biệt lớn SDTV HDTV độ phân giải Hệ thống HDTV quảng bá xác định với ba thông số chính: • Kích thƣớc khung định nghĩa số lượng pixel ngang x số pixe dọc, ví dụ 1280 x 720 1920 x 1080 • Chức quét hệ thống xác định chữ i cho cách quét xen kẽ p cho quét liên tục • Tốc độ khung xác định số lượng khung/giây 3.1.2.2 Kỹ thuật xử lý tín hiệu thông số đặc trưng 3.1.2.2.1 Đối với truyền hìn số độ phân giải tiêu chuẩn (SDTV) - Số hoá tín hiệu kiểu PCM - Số bít /mẫu: bít hay 10 bít - Định dạng mẫu: 4: 2: sản xuất thường 4: 2: truyền dẫn (thường áp dụng ) - Nén tín hiệu: MPEG2 - Ghép kênh kiểu xác xuất thống kê theo thời gian - Điều chế: 4-PSK , QAM, COFDM tuỳ theo hệ thống truyền hình - Loại mã sửa sai đường truyền: 3/4; 4/5; 5/6… - Tốc độ bít: sản xuất thường cỡ khoảng 20 Mb/s, truyền dẫn thường cỡ khoảng 3Mb/s 3.1.2.2.2 Đối với truyền hình số độ phân giải cao (HDTV) Về bản, khâu xử lý tương tự hệ thống truyền hình SDTV khác chỗ kỹ thuật nén sử dụng MPEG2 hay MPEG4, H.264 Tốc độ bít đương nhiên cao hơn, truyền dẫn phát sóng lên tới 20 59 Mb/s, tỷ lệ khuôn hình 16/9 Có thể đánh giá hệ thống truyền hình SDTV HDTV thông qua bảng thông số sau đây: Bảng 3.1: Các thông số đặc trƣng cho hệ thống truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn SDTV[2] STT Các tín hiệu mã hóa Số mẫu /dòng Thông số đặc trưng hệ Thông số đặc trưng hệ 625/50 525/60 Y: 864 Y: 858 Cb: 432 Cb: 429 Cr: 432 Cr: 429 Tổng số mẫu: 1728 Tổng số mẫu: 1716 Số mẫu /dòng tích cực Y: 720 Cấu trúc lấy mẫu Y: 720 Cb: 360 Cb: 360 Cr: 360 Cr: 360 Tổng số mẫu: 1440 Tổng số mẫu: 1440 Trực giao Các mẫu Cb, Trực giao Các mẫu Cb, Cr Cr lặp lại theo dòng, lặp lại theo dòng, mặt, ảnh mặt, ảnh với mẫu với mẫu Y Tần số lấy mẫu Y dòng dòng Y:864.fh =13.5 MHz Y:864.fh = 13.5 MHz Cb, Cr = 6.75 MHz Cb, Cr = 6.75 MHz Loại mã PCM lượng tử PCM lượng tử Độ phân giải hay 10 bít hay 10 bit Số dòng tích cực/mặt 576 488 Tần số quét dòng, mặt 15625Hz, 50Hz 15735Hz, 60Hz Số dòng quét/mặt 625 525 10 Phương pháp quét Xen Xen 11 Tỷ lệ khuôn hình 4/3 4/3 60 Bảng 3.2: Các thông số đặc trƣng cho hệ thống truyền hình độ phân giải cao HDTV[2] STT Các tín hiệu mã hóa Số mẫu/dòng Thông số đặc trưng hệ Thông số đặc trưng hệ 1250/50 1125/60 Y: 2376 Y: 2200 Cb: 1188 Cb: 1100 Cr: 1188 Cr: 1100 Tổng mẫu : 4752 Tổng mẫu : 4400 Số mẫu /dòng tích cực Y: 1920 Y: 1920 Cb: 960 Cb: 960 Cr: 960 Cr: 960 Tổng mẫu: 3840 Tổng mẫu: 3840 Trực giao, mẫu Cr, Trực giao, mẫu Cr, Cb lặp lại theo dòng, Cb lặp lại theo dòng, mặt, Cấu trúc lấy mẫu mặt, ảnh với mẫu Y ảnh với mẫu Y Tần số lấy mẫu dòng dòng Y: 74,25 MHz Y: 74,25 MHz Cb, Cr = 37,125 MHz Cb, Cr = 37,125 MHz Loại mã PCM lượng tử PCM lượng tử Số bít /mẫu bít hay 10 bít bít hay 10 bít Số dòng tích cực/mặt 1152 1080 Tần số quét dòng, mặt 31250 Hz, 60Hz 33750 Hz, 60Hz Số dòng /mặt 1250 1125 10 Phương pháp quét Xen Xen 11 Tỷ lệ khuôn hình 16/9 16/9 61 3.2 Ứng dụng H.264 truyền dẫn phát sóng HDTV Sản phẩm Truyền hình chương trình Truyền hình sau hoàn thành xong khâu từ tiền kỳ đến hậu kỳ Một công việc đưa chương trình đến máy thu hình người xem, đáp ứng nhu cầu theo dõi thông tin hàng ngày người dân Sử dụng phương tiện kỹ thuật áp dụng cách xử lý tín hiệu hình ảnh âm như: Truyền trực tiếp dây dẫn, truyền dạng sóng điện từ dùng thiết bị như: Máy phát hình mặt đất, vệ tinh, cáp quang để đưa tín hiệu tới máy thu phủ sóng toàn quốc 3.2.1 Sơ đồ tổng quan truyền dẫn phát sóng Đài Truyền hình 3.2.1.1 Nhiệm vụ phòng Tổng khống chế Là phòng điều hành Trung tâm sản xuất chương trình truyền hình để từ làm nhiệm vụ chuyển mạch, phân đường chọn nguồn tín hiệu vào phân chia tín hiệu đài phát hình mặt đất, phát lên vệ tinh studio hay phòng máy Các tín hiệu vào phòng tổng khống chế mô tả hình 3.1 Hình 3.1: Các tín hiệu vào phòng tổng khống 62 3.2.1.2 Khảo sát nguyên lý hoạt động phòng phát sóng Hệ thống TKC thực vừa tự động vừa điều khiển tay để đáp ứng phù hợp với thay đổi đột xuất khung chương trình ban Giám đốc đạo Bình thường router chuyển tín hiệu SDI embed từ server phát sóng đến DFS 700 sau qua số thiết bị để truyền phát sóng Theo sơ đồ (hình 3.2) tín hiệu video audio đưa vào server phát sóng chương trình trực tiếp BỘ CAPTURE VÀ PHÁT SÓNG DỰ PHÒNG BỘ SERVER PHÁT SÓNG CÁC BỘ THU TÍN HIỆU SATLELITE SET PHÁT SÓNG BETACAM & XDCAM DỰ PHÒNG CÁC TÍN HIỆU VÀ THIẾT BỊ ĐỀU ĐÃ ĐƯỢC ĐỒNG BỘ CÁC BỘ ROUTER ANALOGE & SDI EMBED CÁC BỘ THU TÍN HIỆU QUANG BỘ DFS 700 BỘ KEY CHỮ CHYRON BỘ LOGO BỘ KHUẾCH ĐẠI PHÂN CHIA TÍN HIỆU TRUYỀN ĐI PHÁT SÓNG Hình 3.2: Sơ đồ khối đơn giản hệ thống phát sóng Trong số chương trình trực tiếp (tín hiệu vệ tinh cáp quang) hay tin thời làm trực tiếp (tín hiệu cáp quang từ trường quay) có hai lựa chọn: • Lựa chọn thứ nhất: thông qua router để chọn ngõ theo yêu cầu phát sóng Sau tín hiệu vào DFS truyền sóng • Lựa chọn thứ hai: dùng server phát sóng điều khiển router để chọn tín hiệu cần 63 phát sóng chuyển vào server phát sóng Và tín hiệu từ server lại truyền đến DFS 700 thông qua router để sóng Bộ capture nhận tín hiệu đầu vào từ router phát tín hiệu video – audio đến router Nhiệm vụ máy capture capture tín hiệu từ băng betacam, vệ tinh hay cáp quang Cáp quang: dùng để truyền chương trình trực tiếp hội nghị mà vệ tinh không sử dụng Tất tín hiệu đưa Tổng khống chế sau đưa vào router SDI embed để kết nối vào phát sóng servser Set phát sóng betacam, XDcam: dùng để dự phòng trường hợp file capture từ máy capture bị lỗi file Ngoài đầu phát Betacam XDcam có tính record, chúng dùng để ghi hình Bộ key chữ Chyron: dùng để chạy logo dự phòng, chạy chữ popup 3.2.2 Truyền dẫn phát sóng HDTV kênh Truyền hình Quốc Phòng 3.2.2.1 Chuẩn file phát sóng kênh Hiện QPVN phát chuẩn mpeg2, mpeg4, h264 Và sau thử nghiệm với chuẩn khác dùng file video chuẩn H.264 có thông số sau Video Format: H.264 Field Order: Progressive TV Standard: PAL Aspect: Square Pixels (1.0) Profile: Main Frame rate: 25 fps WxH: 1920X1080 Level: 4.1 Bitrate Encoding: CBR (Tốc độ bít không đổi) Target Bitrate [Mbps]: 20 64 Audio Audio Format: AAC Audio Codec: AAC Channels: Stereo Sample Rate: 48000 Hz Audio Quality: High Bitrate [kbps]: 320 + m file phát sóng sau trộn (mix) Mức thấp khoảng - 20 dB Mức cao khoảng - dB + m file không trộn: - Kênh (Thuyết minh) khoảng - 6dB - Kênh (Tiếng động nền) khoảng - 20 db đến - 15dB (khoảng 70% kênh 1) 3.2.2.2 Sơ đồ tổng quan Kênh Nhiệm vụ phòng phát sóng: + Phát chương trình trực tiếp: Các tin thời sự, tọa đàm… Studio + Phát chương trình từ băng thành phẩm: Chuyên đề, phim truyện… + Phát trực tiếp chương trình thu qua vệ tinh: Bóng đá, thời trị… + Phát tường thuật trực tiếp kiện bên qua hệ thống thu phát truyền hình trực tiếp xe truyền hình lưu động: Quốc hội họp… + Phát thẳng tín hiệu trường quay tin thời (6h00, 12h, 20h…) số tin thông báo đột xuất Theo sơ đồ hình 3.4 ta lấy Master Control Router 32x32 làm trung tâm Khối bên trái nguồn input, khối bên phải output + Khối H.264: nhận file có chuẩn phát sóng là: mpeg-4, H.264 Tất định dạng file khác mà đạo diễn nhận từ phòng tư liệu, file từ phía đối tác bên ngoài… phải convert sang định dạng H.264 trước đưa vào phát sóng Mặc dù thống chuẩn file video phát sóng H.264 nói trên, 65 nhiên dự phòng máy tính convert file video sang chuẩn H.264 Mục đích việc dự phòng có ích số trường hợp sau: • Có chương trình đạo diễn nhận từ phòng tư liệu định dạng mpg, avi, mov • Có đối tác bên nhiều lý khác mà đưa file định dạng theo yêu cầu thời gian phát sóng cận kề, việc yêu cầu đối tác xuất file lại với chuẩn file phù hợp không khả thi vào thời điểm dùng máy convert file • Và nhiều lý mà kỹ thuật dựng xuất chương trình không chuẩn H.264 quy định (mặc dù chuẩn file H.264, số thông số khác chưa phù hợp) mà thời gian để kỹ thuật dựng xuất lại không khả thi nhiều lý giải pháp dùng máy convert file hợp lý Tuy nhiên việc convert file lúc xuất file mà server phát sóng chấp nhận Do việc tuân thủ xuất file chuẩn từ khâu dựng phải đảm bảo việc convert phương pháp dự phòng trường hợp ý muốn mà Hình 3.3: Phần mềm convert Adobe Premiere Pro CC 2017 66 Ở dùng phần mềm Adobe Premiere (Hình 3.3) chủ yếu để xuất lại file cho chuẩn phát sóng Về khối bên trái (nguồn input): tín hiệu từ server phát sóng K2-EDGE main backup vào ACO (tự động chuyển đổi tín hiệu) vào router + Thiết bị đầu AG có file đệm sóng chuẩn MPEG 4, H.264 dùng cho có cố sóng chuyển sang nguồn để phát + Frame1,2(1801): dùng để cắm tín hiệu vào như: tín hiệu Live, liveU… + CG convert : tín hiệu Key, fill : để bắn logo, chữ chạy, POPUP + FIBER : dùng cho tín hiệu quang trắng Hình 3.4: Sơ đồ truyền dẫn phát sóng kênh Truyền hình Quốc phòng[8] + Studio1,2… n: tín hiệu từ trường quay vào + X50: up/down converter tín hiệu , Hiện dùng cho tín hiệu VTV1 để tiếp sóng hàng ngày + Tín hiệu đồng lấy từ anten GPS đưa qua TG800 đưa vào khuếch đại (video amplifier) đến thiết bị Nếu anten GPS bị hỏng TG800 chuyển chế độ internal tự phát xung đồng Khối bên phải output: tín hiệu main backup đưa vào Frame1,2(3901) qua Frame LOGO HD SD đưa qua ACO để dự phòng hai tín 67 hiệu bị mất, sau vào khuếch đại đưa đến encoder truyền dẫn đến Tổng khống chế Viettel 3.2.2.3 Ưu nhược điểm việc ứng dụng triển khai chuẩn nén H.264/AVC cho truyền dẫn phát sóng HDTV Kênh H.264/AVC giảm tốc độ bit xuống 50% so với chuẩn MPEG-2 Tốc độ bít MPEG-2 40 Mbps tốc độ bít H.264 20 Mbps (đối với truyền dẫn phát sóng kênh) Với hiệu suất sử dụng băng thông tăng từ 30% đến 131%, số chương trình mà H.264/AVC mang lại tăng gấp ba so với việc dùng MPEG-2, ví dụ phát 21-26 chương trình SDTV 5-6 chương trình HDTV transponder 36Mhz Hình 3.6 với file video gốc ban đầu 4.5GB (file có thời lượng 30s) sau nén với MPEG-2 dung lượng 145 MB, nén với H.264 dung lượng 73 MB Chất lượng nén video H.264 rõ nét nén video MPEG-2 (hình 3.5) Hình 3.5 Nén video H.264 MPEG-2 Chi phí đầu tư cho hệ thống truyền dẫn phát sóng HDTV chuẩn H.264 thấp nhiều so với chi phí đầu tư chuẩn MPEG-2, AVI… trước Hệ thống truyền dẫn phát sóng H.264 nhỏ gọn, không cồng kềnh, thao tác dễ 68 dàng, không phức tạp Tuy nhiên, H.264 đòi hỏi cấp độ phức tạp cao phần cứng phần mềm trình mã hóa lẫn giải mã Một số kênh, đài truyền hình địa phương muốn tiếp sóng trực tiếp kênh khó khăn hệ thống truyền dẫn, tiếp sóng không đồng Hình 3.6: Phần mềm mã hóa giải mã video định dạng H.264 Phần mềm Adobe Premiere Pro CC 2017 phần mềm chuyên dụng dùng để biên tập video, mã hóa giải mã H.264 (Hình 3.6) (1): Tiêu chuẩn định dạng file phát sóng HDTV H.264 (hình 3.6) (2): Dung lượng file sau mã hóa định dạng H264 (hình 3.6) 3.2.2.4 Sơ đồ đấu nối thiết bị truyền dẫn phát sóng Theo sơ đồ hình 3.7 K2-EDGE sever phát sóng chuẩn H.264 - Encoder HD 4.2.0 H.264, MPEG-2: Mã hóa theo chuẩn HD với tiêu chuẩn lấy mẫu video 4:2:0 - Encoder HD 4.2.2 H.264, MPEG-2: Mã hóa theo chuẩn HD với tiêu chuẩn lấy mẫu video 4:2:2 - Encoder SD 4.2.0 H.264, MPEG-2: Mã hóa theo chuẩn SD với tiêu chuẩn lấy mẫu video 4:2:0 69 - Khối Encoder Backup( dự phòng): khối (main) encoder bị lỗi, tín hiệu… hệ thống tự động chuyển sang encoder backup - Playout sever: Khuyếch đại tín hiệu HD SD - Switch CISCO đến EDGE1 (tín hiệu truyền hình): hệ thống truyền dẫn phát sóng Viettel Hình 3.7: Sơ đồ đấu nối thiết bị[8] 3.3 Kết luận chƣơng H.264 có tỉ lệ nén cao nên có phạm vi ứng dụng rộng bao gồm tất hình thức nén video kĩ thuật số từ Internet bit-rate thấp streaming ứng dụng để phát sóng HDTV Điện ảnh kĩ thuật số ứng dụng với gần lossless mã hóa Chương trình bày ứng chuẩn nén H.264 truyền hình có độ phân giải cao, cụ thể truyền dẫn phát sóng chuẩn full HD kênh Truyền hình Quốc phòng Việt Nam 70 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Trong luận văn trình bày chuẩn nén H.264/AVC ứng dụng chuẩn nén H.264 truyền hình có độ phân giải cao Chuẩn nén H.264 đánh dấu bước ngoặt lĩnh vực nén video, áp dụng kỹ thuật tiên tiến nhằm mục đích sử dụng băng thông hiệu đem lại chất lượng ảnh cao Với kỹ thuật này, MPEG-4 AVC giảm tốc độ bit xuống 50% so với chuẩn MPEG-2 Tuy nhiên, MPEG-4 AVC đòi hỏi cấp độ phức tạp cao trình mã hóa lẫn giải mã Chuẩn H.264 làm giảm băng thông cần thiết để truyền video so với hệ thống cung cấp dựa MPEG có Video phân phối với chất lượng cao có chất lượng sử dụng tốc độ bit thấp Nhờ đó, hãng truyền hình có khả cung cấp dịch vụ chất lượng cao, mở rộng khác biệt hết với mức chi phí hợp lý hiệu Hướng phát triển luận văn nghiên cứu hệ nén, thực nghiệm nén với chuẩn mã hóa H.265 (HEVC - High Efficiency Video Coding) Đồng thời nghiên cứu thêm phương pháp để nén video hiệu Áp dụng kiến thức nghiên cứu kết thực nghiệm vào thực tế 71 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Thanh Bình, Ths Võ Nguyễn Quốc Bảo, “Xử lý âm thanh, hình ảnh”, Học viện công nghệ Bưu viễn thông, Hà Nội [2] Th.S Vũ Văn Coóng Báo cáo chuyên đề công nghệ truyền hình số của, Đại học Văn hoá Nghệ thuật Quân đội, năm 2011 [3]Th.S Nguyễn Minh Hồng, “Chuẩn nén H.264/AVC khả ứng dụng truyền hình”, Tạp chí khoa học kỹ thuật truyền hình 2/2005 [4]KS Cao Văn Liết, “Bù chuyển động kỹ thuật mã hóa nội dung nguồn video tự nhiên sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG-4”, Tạp chí khoa học kỹ thuật truyền hình 1/2005 [5] Gs.TS Nguyễn Kim Sách, “Truyền hình số có nén Multimedia”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [6] KS Trương Thị Thủy, “Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến H.264-MPEG-4 AVC”, Tạp chí khoa học kỹ thuật truyền hình 1/2004 [7] Bùi Chí Trung, Đinh Thị Xuân Hòa, Truyền hình đại - Những lát cắt 20152016 [8] Truyền hình Quốc phòng Việt Nam, Truyền dẫn phát sóng /2016 [9] Iain E G Richardson, “H.264 And MPEG-4 Video Compression”, The Robert Gordon University, Aberdeen, UK [10] “Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard” Gary J Sullivan, Fellow, IEEE, Jens-Rainer Ohm, Member, IEEE, Woo-Jin Han, Member, IEEE, and Thomas Wiegand, Fellow, IEEE [11] ITU 2013-06-07, “H.265 : High efficiency video coding”Retrieved 2013-0607 [12] JVT “Draft ITU-T recommendation and final draft international standard of joint [13] T Wiegand, G.J Sullivan, G Bjontegaard, A Luthra, ”Overview of the H.264/AVC Video Coding Standard,” [14] Siwei Ma, Xiaopeng Fan, Wen Gao, “Low Complexity Integer Transform and 72 High Definition Coding” [15] ISO/IEC 14496-10 and ITU-T Rec H.264, Advanced Video Coding, 2003 [16 Iain E G Richardson, The Robert Gordon University, Aberdeen, UK; “H.264 and MPEG-4 Video Compression” [17] Wiegand, T.; Sullivan, G J.; Bjntegaard, G.; Luthra, A, “ Overview of the H.264/AVC video coding standard”, IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY, VOL 13, NO 7, July 2003 ... cứu tiêu chuẩn nén H.264 ứng dụng truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) Luận văn em gồm chương: Chương 1: Nghiên cứu sở lý thuyết số hóa tín hiệu nén video số Chương 2: Nghiên cứu tiêu chuẩn nén. .. 3: ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN NÉN H.264/ AVC TRONG TRUYỀN HÌNH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV 56 3.1 Các thông số kỹ thuật đặc trƣng cho hệ thống Truyền hình độ phân giải cao HDTV 3.1.1 Một số khái niệm truyền. .. Thiệp NGHIÊN CỨU TIÊU CHUẨN NÉN H.264 VÀ ỨNG DỤNG TRONG TRUYỀN HÌNH CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (HDTV) CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng)