Xử lý tín hiệu video theo chuẩn MPEG 4 ứng dụng trong Multimedia

Xử lý tín hiệu video theo chuẩn MPEG 4 ứng dụng trong Multimedia Xử lý tín hiệu video theo chuẩn MPEG 4 ứng dụng trong Multimedia Xử lý tín hiệu video theo chuẩn MPEG 4 ứng dụng trong Multimedia luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

bộ giáo dục đào tạo tr-ờng đại học bách khoa hµ néi NGUYỄN ĐẮC NGUN xư lý tÝn hiƯu video theo chuÈn Mpeg-4 øng dông multimedia LUẬN VĂN THẠC S KHOA HC Chuyên ngành: Điện tử - Viễn thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN TS NGUYỄN THẾ TRUYỆN HÀ NỘI, 11 - 2004 i Mơc lơc Trang Trang phơ b×a MơC lôc i Các thuật ngữ chữ viÕt t¾t vi danh mục bảng viii Danh mục hình vẽ ix lời nói đầu Ch-¬ng 1-Tỉng quan vỊ nÐn ¶nh 1.1 Sù cần thiết nén ảnh 1.2 Đặc điểm ảnh 1.2.1 D- thừa liệu theo thống kê 1.2.1.1 D- thõa pixel 1.2.1.2 D- thõa m· 1.2.2 D- thõa t©m sinh lý 1.3 Lý thuyÕt th«ng tin-Entropy 1.4 Phân loại Các ph-ơng ph¸p nÐn 1.4.1 NÐn kh«ng tỉn hao 1.4.2 NÐn cã tæn hao 1.5 Tæ chøc MPEG 8 1.5.1 MPEG-1 10 1.5.2 MPEG-2 10 ii 1.5.3 MPEG-4 11 1.5.4 MPEG-7 14 Ch-¬ng 2-Tỉng quan vỊ nÐn ¶nh MPEG 15 2.1 Nguyên lý nén ảnh 15 2.1.1 Mô hình nén ảnh 15 2.1.2 NÐn ¶nh 16 2.1.2.1 TiỊn xư lý 16 2.1.2.2 Biến đổi DCT rời rạc 16 2.1.2.3 L-ỵng tư ho¸ 21 2.1.2.4 M· ho¸ entropy 24 2.1.3 Nén liên ảnh 26 2.1.3.1 Xấp xỉ bù chuyển động 27 2.1.3.2 ảnh dự đoán tr-íc (¶nh P) 30 2.1.3.3 ảnh dự đoán hai chiều (ảnh B) 32 2.1.3.4 Làm t-ơi 35 2.2 NÐn ¶nh MPEG 35 2.2.1 C¸c cÊu tróc ¶nh 36 2.2.2 Nhãm ¶nh ( GOP) 37 2.2.3 CÊu trúc dòng liệu hình ảnh mà hoá 38 2.3 Giíi thiƯu chung vỊ hƯ thèng MPEG-4 39 Ch-¬ng 3: Xö lý video MPEG- 43 3.1 Cấu trúc dòng liệu MPEG-4 43 3.2 Sơ đồ mà giải mà 44 iii 3.2.1 Sơ đồ mà hoá 44 3.2.2 Sơ đồ giải mà 45 3.3 M· ho¸ video tù nhiªn MPEG-4 3.3.1 Dự đoán bù chuyển động 46 47 3.3.1.1 Bï chun ®éng 1/4 điểm ảnh ( Quarter- pel motion Compensation) 48 3.3.1.2 Bù chuyển động toàn cục (Global motion compensation) 52 3.3.1.3 ChÕ ®é trùc tiÕp bï chun ®éng hai chiÒu 54 3.3.1.4 Lùa chän phï hỵp khèi 16x16 hay khèi 8x8 56 3.3.1.5 Bï chun ®éng chång lÉn (Overlapped Motion Compensation) 57 3.3.2 M· ho¸ kÕt cÊu (Texture Coding) 58 3.3.2.1 Dự đoán Intra DC AC 59 3.3.2.2 Dự báo bù chuyển động cđa VOP d¹ng t chän 60 3.2.3.3 M· hoá kết cấu VOP dạng tuỳ chọn 3.3.3 Mà hoá dạng (Shape Coding) 61 64 3.3.3.1 M· hoá dạng nhị phân với thuật toán CAE 66 3.3.3.2 Mà hoá dạng phân bố mức x¸m 69 3.3.4 M· ho¸ bãng (Sprite Coding) 70 3.3.5 Visual Texture Coding (VTC) 72 3.3.6 M· ho¸ video ph©n cÊp 73 3.3.6.1 Phân cấp không gian 73 3.3.6.2 Ph©n cÊp thêi gian 79 iv 3.3.6.3 Phân mức chất l-ợng SNR (Fine Granularity Scalability) 83 Ch-ơng - Đánh giá xử lý Video MPEG 4-2 theo mô hình 86 4.1 Tiªu chuÈn đánh giá chất l-ợng ảnh 86 4.2 Các đánh giá, ph-ơng pháp kiểm tra 87 4.2.1 Ph-ơng pháp kích thích ®¬n ( Single Stimulus) 87 4.2.2 Ph-ơng pháp phân cấp suy giảm kích thích kép 88 4.2.3 Ph-ơng pháp phân cấp chất l-ợng liên tục dùng kích thích kép 89 4.2.4 Ph-ơng pháp kích thích kép đồng thời cho đánh giá liên tục 90 4.3 Một số kiểm tra trắc nghiƯm vỊ chÊt lng 91 4.3.1 Các yêu cầu thực kiểm tra 91 4.3.2 KiÓm tra mà hoá h-ớng đối t-ợng 92 4.3.2.1 Các điều kiện 92 4.3.2.2 T- liƯu kiĨm tra 92 4.3.2.3 Ph-ơng pháp thiết kế 93 4.3.2.4 Ph©n tÝch d÷ liƯu 93 4.3.3 Kiểm tra hiệu mà hoá với tốc độ bit thấp trung bình 94 4.3.2.1 Các điều kiện 95 4.3.2.2 T- liƯu kiĨm tra 95 4.3.2.3 Ph-ơng pháp thiết kế 95 4.3.2.4 Phân tích liệu 95 KÕt kuËn 96 lời cảm ơn 98 v Tài liệu tham khảo 99 Phô lôc 100 Danh mục Các từ viết tắt thuật ngữ Tên viết Tiếng Anh đầy đủ Tiếng Việt tắt AAC Advance Audio Coding Mà hoá âm tiên tiến BAB Binary Alpha Block Khối alpha nhị phân BBM Block Boudnary Mirroring Lấy đối xứng khối qua đ ờng biên vi BIFS BInary Format for Scene Định dạng nhị phân cho hình ảnh BM Block Matching Ph-ơng pháp đối sánh khèi CAE Context-based Arithmetic Coding M· ho¸ sè häc h-íng đối t-ợng CI Confidence Interval Khoảng đáng tin CIF Common Intermediate Fomat Định dạng trung gian DCT Discrete Cosin Transform Chuyển đổi Cosin rời rạc DIS Draft International Standard Dự thảo chuẩn quốc tế DPCM Differential Pulse Code Modulation Điều xung mà vi sai DSCQS Double Stimulus Continuous Quality Đánh giá chất l-ợng liên tục Scale dùng kích thích kép Double Stimulus Impairment Scale Ph-ơng pháp đánh giá chất DSIS l-ợng theo tỉ lệ giảm cấp dùng kích thích kép DSM Digital Storage Multimedia L- trữ số đa ph-ơng tiện FGS Fine Granularity Scalability Khả phân cấp theo chất l-ợng suy giảm GMC Global Motion Compensate Bù chuyển động toàn cục GOP Group Of Picture Nhóm ảnh HDTV Hi-Definition Television Truyền hình có độ phân giải cao HVS Human Visual System HƯ thèng nh×n cđa ng-êi IC Intergrated Circuirt Mạch tổ hợp ISO International Standard Orgnization Tổ chức tiªu chn qc tÕ ITU International Telecommunication Union HiƯp héi viễn thông quốc tế MB Macro Block Khối điểm ảnh lớn ME Moving Estimate Ước l-ợng chuyển động MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia ảnh vii ®éng MUX Mutiplex GhÐp kªnh MV Moving Vector Vector chun ®éng OMC Overlap Motion Compensation Bï chuyÓn ®éng chång lÊn QSIF Quarter Standard Image Fomat Định dạng 1/4 ảnh chuẩn RLC Run Length Coding Mà hoá có độ dài chạy SAD Sum of Absolute Difference Tỉng c¸c kh¸c biƯt tut ®èi SA-DCT Shape Adaptive Discrete Cosin DCT thÝch øng d¹ng Transform SC Sprite Coding M· ho¸ sprite SDSCE Simultaneous Double Stimulus for KÝch thÝch kÐp ®ång thêi cho Continuous Evaluation đánh giá liên tục SNR Signal-to-Noise Ratio Tỉ số tín hiƯu trªn nhiƠu Sprite A static sprite is a - possibly large - still Thuật ngữ ảnh tĩnh mô tả image, describing panoramic toàn cảnh phông nền- background sprite tĩnh SS Single Stimulus Kích thích đơn VLC Variable Length Coding Mà hoá có độ dài thay đổi VO Video Object Đối t-ợng Video VOL Video Object Layer Lớp đối t-ợng video VOP Video Object Plane Nhóm VO mặt phẳng viii Danh mục bảng STT Ch-ơng Trang Bảng 4.1 Đánh giá chất l-ợng ảnh chủ quan 86 Bảng 4.2 Thang chất l-ợng 11 cấp cho ph-ơng pháp SS 88 Bảng 4.3 Thang gi¶m cÊp møc dïng cho DSIS 89 B¶ng 4.4 VÝ dơ b¶ng cho ®iĨm dïng DSCQS 90 Bảng 4.5 Các điều kiện mà hoá dùng để kiểm tra mà hoá h-ớng đối t-ợng 93 Bảng 4.6 Các điều kiện mà hoá cho việc kiểm tra hiệu mà hoá 94 Danh mục hình vẽ ix Ch-ơng Trang Hình 2.1 Mô hình hệ thống nén video 15 H×nh 2.2 NÐn ¶nh (Intra Frame Compression) 16 H ình 2.3 Cấu tạo Macro Block .17 H×nh 2.4 BiÕn ®ỉi DCT hai chiỊu 20 Hình 2.5 L-ợng tử hóa cã träng sè 21 Hình 2.6: Bảng phân bố hệ số DCT 22 H×nh 2.7 Các bảng l-ợng tử cho tín hiệu chói tÝn hiƯu mµu theo chn JPEG .23 Hình 2.8 Quét zic-zag hệ số l-ợng tử hãa DCT 25 H×nh 2.9 Các hệ số DCT khối liệu sau mà hóa VLC 48 bit 26 Hình 2.10 Mô hình nén liên ảnh 26 Hình 2.11 Dự đoán bù chuyển ®éng mét chiỊu vµ hai chiỊu .29 Hình 2.12 Xác định vector chuyển động 31 Hình 2.13 Nén liên ảnh (ảnh dự đoán tr-ớc) 32 Hình 2.14 Vector chuyển động ảnh dự đoán hai chiỊu .32 H×nh 2.15 Bï chun ®éng hai chiÒu 33 Hình 2.16 Thứ tự khung video .34 H×nh 2.17 Mối quan hệ loại ảnh đoạn ảnh 37 Hình 2-18: Cấu trúc dòng d÷ liƯu MPEG1 38 Hình 2.19 Ví dụ khung hình ảnh- âm MPEG-4 41 H×nh 2.20 BiĨu ®å hƯ thèng cđa khung AV h×nh 2.19 42 ... nÐn MPEG: Giíi thiƯu chung vỊ nÐn ¶nh MPEG; Ch-ơng 3: Xử lý ảnh MPEG- 4 - Phân tích số công cụ nén ảnh chuẩn MPEG4 -2; Ch-ơng 4: Đánh giá xử lý video MPEG4 -2 theo mô hình - Nêu ph-ơng pháp đánh giá,... MPEG- 4 39 Ch-¬ng 3: Xư lý video MPEG- 43 3.1 Cấu trúc dòng liệu MPEG- 4 43 3.2 Sơ đồ mà giải m· 44 iii 3.2.1 Sơ đồ mà hoá 44 3.2.2 S¬ ®å bé gi¶i m· 45 ... hiệu chói (Y) 2; block mẫu tín hiệu hiệu số màu (CR, CB) Số block tín hiệu hiệu màu phụ thuộc vào tiêu chn cđa tÝn hiƯu video 3 a) 4: 2:0 (4: 1:1) b) 4: 2:2 10 11 b) 4: 4 :4 H ×nh 2.3 Cấu tạo Macro