Nghiên cứu và đánh giá chất lượng mã hóa video dùng chuẩn h 265 hevc

Các kỹ thuật mã hóa nén video đã được phát triển và cải thiện trong nhiều thập kỷ để giảm thiểu dung lượng video giúp cho việc truyền dẫn video qua mạng truyền thông đơn giản hơn Hiện nay H 264 AVC là tiêu chuẩn nén mã hóa video được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới Tuy nhiên nhu cầu về video chất lượng cao hơn tốc độ khung hình cao hơn chẳng hạn như video HD UltraH 4K và 8K thì H 264 AVC vẫn chưa có khả năng nén tốt nhất Vì vậy một chuẩn nén video mới H 265 HEVC đã được phát triển có khả năng mã hoá tốt những video có độ phân giải cao và giảm được dung lượng video mã hoá một nửa so với chuẩn nén H 264 AVC Tìm hiểu lịch sử phát triển các chuẩn H 265 HEVC và các sản phẩm liên quan đến H 265 HEVC để nói lên tính khả thi của sự ra đời các thiết bị giải mã xử lý video thời gian thực khả năng thay thế trong tương lai đối với chuẩn nén H 264 AVC Việc phân tích cơ bản các khâu quan trọng trong kỹ thuật mã hóa video H 265 HEVC theo hướng những đặc tính khác biệt so với chuẩn mã hóa H 264 AVC trước đó để thấy rõ các đặc điểm nổi trội và những cải tiến của chuẩn nén mới so với chuẩn nén cũ để đem lại chất lượng mã hóa tốt hơn Từ đó lựa chọn thông số mã hóa chung cho phần mềm mã hóa H 265 và H 264 trong so sánh phân tích mã hóa khách quan và chính xác hơn Trong phần ứng dụng thực tiễn dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có của hệ thống DVB T2 phát sóng số mặt đất đang sử dụng chuẩn nén H 264 AVC luận văn xây dựng mô hình nâng cấp thay thế bằng chuẩn nén mới H 265 HEVC vào trong hệ thống sẵn có theo hướng tiết kiệm chi phí thay thế và nâng cấp mà không ảnh hưởng nhiều đến quy hoạch phủ sóng số đã đặt ra Đồng thời thí nghiệm trên thiết bị thực tế và đo các thông số và quan sát chất lượng hình ảnh thực tế qua các thiết bị thử nghiệm Tác giả đã tóm tắt kết quả đạt được và đưa ra hướng phát triển tiếp theo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - HOÀNG LAM SƠN NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÃ HÓA VIDEO DÙNG CHUẨN H.265/HEVC Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 60.52.02.03 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HỒ PHƯỚC TIẾN Đà Nẵng – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu đánh giá chất lượng mã hóa video dùng chuẩn H.265/HEVC.” cơng trình nghiên cứu khoa học riêng tơi thực hướng dẫn TS Hồ Phước Tiến Luận văn tốt nghiệp kết q trình nghiên cứu độc lập, khơng chép cơng trình nghiên cứu khác Các số liệu luận văn sử dụng trung thực, trích dẫn từ nguồn hợp pháp đáng tin cậy Đà Nẵng, ngày tháng năm 2017 Người thực Hoàng Lam Sơn MỤC LỤC Lời cam đoan Tóm tắt luận văn Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu Chương - TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ CƠ SỞ NÉN VIDEO 1.1 Tổng quan hệ thống truyền hình số 1.1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình số 1.1.2 Đặc điểm truyền hình số 1.1.3 Q trình số hóa tín hiệu 1.1.4 Tốc độ bit độ rộng băng thông 1.1.5 Quá trình biến đổi tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu màu 1.2 Nén tín hiệu video 1.2.1 Các kỹ thuật nén tín hiệu video 1.2.2 Tỷ số nén tín hiệu video 1.2.3 Phân loại kỹ thuật nén tín hiệu video 1.2.4 Biến đổi cosin rời rạc 1.2.5 Q trình lượng tử hóa 1.2.6 Tiêu chuẩn đánh giá tín hiệu video 1.3 Mơ hình cấu trúc DVB-T2 10 Kết luận chương 12 Chương 2-KỸ THUẬT MÃ HÓA VIDEO H.265/HEVC VÀ SO SÁNH VỚI H.264/AVC 13 2.1 Lịch sử phát triển chuẩn nén phát triển sản phẩm liên quan đến mã hóa H.265/HEVC 13 2.1.1 Lịch sử phát triển 13 2.1.2 Quá trình phát triển sản phẩm liên quan đến mã hóa H.265 14 2.2 Kỹ thuật mã hóa video H.264/AVC 15 2.2.1 Sơ đồ mã hóa giải mã chuẩn H.264/AVC 15 2.2.2 Cấu trúc H.264/AVC 16 2.2.2.1 Các profiles level 16 2.2.2.2 Slices 17 2.3 Kỹ thuật mã hóa video H.265/HEVC 17 2.3.1 Sơ đồ mã hóa giải mã chuẩn H.265/HEVC 17 2.3.2 Các profiles level 18 2.3.3 Phân vùng ảnh 19 2.3.3.1 Phân vùng ảnh mức cao 20 2.3.3.2 Các tập tham số H.265/HEVC 22 2.3.3.3 Cấu trúc khối phân vùng khối ảnh 22 2.3.4 Biến đổi lượng tử hóa 25 2.3.5 Các chế độ dự đoán 28 2.3.5.1 Chế độ dự đoán ảnh 29 2.3.5.2 Chế dự đoán liên ảnh 29 2.3.6 In-Loop Filtering 32 2.3.7 Mã hóa entropy 33 2.4 So sánh đặc điểm H.264/AVC H.265/HEVC 34 2.4.1 So sánh phân vùng hình ảnh - cấu trúc mã hóa ảnh 34 2.4.2 So sánh dự đoán ảnh 34 2.4.3 So sánh dự đoán liên ảnh 35 2.4.4 So sánh biến đổi lượng tử hóa 36 2.4.5 So sánh mã hóa entropy 36 2.4.6 So sánh in-loop filtering 37 2.4.7 Cấu trúc xử lí song song 37 2.4.8 Tóm tắt so sánh kỹ thuật mã hóa H.265/HEVC H.264/AVC 37 Kết luận chương 38 Chương - XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ MẶT ĐẤT TRÊN KỸ THUẬT MÃ HĨA H.265/HEVC VÀ CƠNG NGHỆ DVB-T2 39 3.1 Hệ thống truyền dẫn số mặt đất DVB-T2 39 3.2 Giải pháp đề xuất hiệu áp dụng mã hóa H.265/HEVC 41 3.2.1 Giải pháp đề xuất 41 3.2.2 Hiệu đạt 42 3.3 Xây dựng hệ thống DVB-T2 kỹ thuật mã hóa H.265/HEVC 43 3.3.1 Mơ hình trạm phát sóng DVB-T2 sử dụng H.265/HEVC 43 3.3.2 Một số thiết bị mã hóa nguồn sử dụng mã hevc 45 3.3.3 Hệ thống vệ tinh vinasat band c 45 3.3.4 Tăng dung lượng cho máy phát sóng số mặt đất DVB-T2 45 3.4 Kiểm nghiệm mơ hình DVB-T2 với H.265/HEVC thực tế 47 3.4.1 Thiết bị mơ hình thử nghiệm 47 3.4.2 Tín hiệu vào kiểm tra 48 3.4.3 Thiết lập cấu hình 48 3.4.4 Kết thử nghiệm nhận xét 49 Kết luận chương 50 Chương - PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÃ HÓA VIDEO H.265/HEVC 51 4.1 Thiết lập điều kiện để thực đánh giá 51 4.1.1 Mơ hình mã hóa 51 4.1.2 Cấu trúc dự đoán 52 4.2 Chuỗi video quy trình đánh giá 53 4.2.1 Chuỗi video đánh giá 53 4.2.2 Quy trình đánh giá 54 4.3 Phân tích kết đánh giá khách quan 54 4.3.1 Mã hóa all intra (AI-TEST 1) 54 4.3.2 Mã hóa low delay P (LDP- TEST 2) 56 4.3.3 Mã hóa low delay B (LDB- TEST 3) 58 4.3.4 Mã hóa random access (RA- TEST 4) 60 4.3.5 Kết luận đánh giá khách quan 61 4.4 Phân tích đánh giá kết qủa chủ quan 62 4.4.1 Phương pháp đánh giá chủ quan 62 4.4.2 Kết đánh giá 64 4.4.2.1 Đánh giá chủ quan mã hóa LDP 64 4.4.2.2 Đánh giá chủ quan mã hóa LDB 65 4.4.2.3 Đánh giá chủ quan mã hóa RA 65 4.4.3 Kết luận đánh giá chủ quan 66 4.5 Tổng hợp so sánh đánh giá chủ quan khách quan 67 Kết luận chương 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN PHỤ LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÃ HÓA VIDEO DÙNG CHUẨN H.265/HEVC Học viên : Hoàng Lam Sơn Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Mã số : 60.52.02.03 Khóa : K31, Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt- Các kỹ thuật mã hóa nén video phát triển cải thiện nhiều thập kỷ để giảm thiểu dung lượng video, giúp cho việc truyền dẫn video qua mạng truyền thông đơn giản Hiện nay, H.264/AVC tiêu chuẩn nén mã hóa video sử dụng phổ biến toàn giới Tuy nhiên, nhu cầu 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 H.265/HEVC phát triển, có khả mã hố tốt video có độ phân giải cao giảm dung lượng video mã hoá nửa so với chuẩn nén H.264/AVC Tìm hiểu lịch sử phát triển chuẩn H.265/HEVC sản phẩm liên quan đến H.265/HEVC để nói lên tính khả thi đời thiết bị giải mã xử lý video thời gian thực, khả thay tương lai chuẩn nén H.264/AVC Việc phân tích khâu quan trọng kỹ thuật mã hóa video H.265/HEVC theo hướng đặc tính khác biệt so với chuẩn mã hóa H.264/AVC trước đó, để thấy rõ đặc điểm trội cải tiến chuẩn nén so với chuẩn nén cũ để đem lại chất lượng mã hóa tốt Từ lựa chọn thơng số mã hóa chung cho phần mềm mã hóa H.265 H.264 so sánh phân tích mã hóa khách quan xác Trong phần ứng dụng thực tiễn, dựa sở hạ tầng sẵn có hệ thống DVB-T2 phát sóng số mặt đất sử dụng chuẩn nén H.264/AVC, luận văn xây dựng mô hình nâng cấp thay chuẩn nén H.265/HEVC vào hệ thống sẵn có theo hướng tiết kiệm chi phí thay nâng cấp mà khơng ảnh hưởng nhiều đến quy hoạch phủ sóng số đặt Đồng thời thí nghiệm thiết bị thực tế đo thông số quan sát chất lượng hình ảnh thực tế qua thiết bị thử nghiệm Tác giả tóm tắt kết đạt đưa hướng phát triển Từ khóa- mã hóa nén tiên tiến H.264/AVC; Mã hóa hiệu suất cao H.265/HEVC; số mặt đất hệ DVB-T2(3 từ khóa) STUDY AND PERFORMANCE EVALUATION OF H.265/HEVC-BASED VIDEO CODING Abstract- Video coding techniques have been developed and improved over the years to reduce video capacity, making video transmission over the network more effective Today, H.264/AVC is the video coding standard widely used in the world However, with the demand for higher quality video and higher frame rates, such as HD video, UltraHD, 4K and 8K, H.264/AVC still does not have the best compression rate Therefore, a new H.265/HEVC video compression standard has been developed, it has the ability to effectively encode the high resolution video and reduce video encoding capacity by half compared to H.264/AVC standard Studying the development history of the H.265/HEVC standard and products related to this compression standard shows a possibility of introducing real-time video coding devices and a possible replacement of the H.264/AVC compression standard Basic analysis of the key aspects of the H.265/HEVC video compression technology is carried out in comparison with H.264/AVC standard, to show the prominent features and improvements of the new compression standard On this basis, we choose the general coding parameters for H.265 and H.264 to compare these two standards objectively In the practical application, based on the available infrastructure of DVB-T2 terrestrial broadcasting system using the H.264/AVC standard, the thesis builds an upgraded model that replaces the existing system by the new H.265/HEVC compression standard in order to save replacement and upgrading costs without affecting the digital coverage planning At the same time, experiments with measurement of parameters and visual observation of actual images were carried out through the test equipment The author has summarized the results and proposed recommendations for further development Key words- Advance Video Coding H264/AVC; High Efficiency Video Coding H.265/HEVC; Terrestrial broadcasting system DVB-T2 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AVC-Advance Video Coding (H.264/AVC) CTU- Coding Tree Unit CTB-Coding Tree Block CU-Coding Unit CB-Coding Block TB-Transform Block TU- Transform Unit HEVC-High Efficiency Video Coding NAL-Network Abstract Layer PB-Prediction Block PU-Prediction Unit VCL-Video Coding Layer WPP- Wave-front Parallel Processing AMP-Asymmetric motion partition AMVP-Advanced MV prediction CABAC-Context-adaptive binary arithmetic coding CAVLC-Context-adaptive Variable Length Coding DCT-Discrete Cosine Transform DF- Deblocking filter DST-Discrete Sine Transform EPZS-Enhanced predictive zonal search GOP-Group Of Pictures HEVC-High Efficiency Video Coding LF-Loop filtering MB-Macroblock MC-Motion Compensation ME-Motion estimation MOS-Mean Opinion Score MPEG-Moving Picture Experts Group MV-Motion vectors QP-Quantization Parameter SAO-sample-adaptive offset TCOEFF-Transform domain coefficients UHDTV-Ultra high-definition television HDTV-high-definition television VTV DVB-T2 Nén video tiên tiến Đơn vị mã hóa Khối mã hóa Đơn vị mã hóa Khối mã hố Khối biến đổi Đơn vị biến đổi Mã hóa video hiệu suất cao Lớp trừu tượng mã hóa mạng Khối dự đốn Đơn vị dự đốn Lớp mã hóa video Kỹ thuật xử lý song song sóng trước Đa xử lý khơng đối xứng Dự đốn vecto chuyển động nâng cao Mã hóa số học nhị phân thích nghi nội dung Mã hóa độ dài thay đổi thích ứng bối cảnh Biến đổi Cosin rời rạc Bộ lọc tách khối Biến đổi sin rời rạc Tìm kiếm khu vực dự đốn nâng cao Nhóm ảnh Mã hóa video hiệu suất cao Bộ lọc vịng Đa khối Bù chuyển động Dự đốn chuyển động Ý kiến đánh giá trung bình Nhóm chun gia ảnh động Vecto chuyển động Thông số lượng tử Bù thích ứng mẫu Hệ số chuyển đổi Truyền hình độ phân giải siêu cao Truyền hình độ phân giải cao Đài truyền hình Việt Nam Chuẩn truyền hình số hệ DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 Tên bảng Các loại slice mã hóa H264/AVC Giới hạn mức H.265/HEVC Kích thước nhóm lưỡng tử hóa cho kích thước CTU khác Giá trị EdgeIdx liệt kê lọc SAO edge Sự khác kỹ thuật dự đoán ảnh H.264/AVC H.265/HEVC Kích thước khối bù chuyển động H.265/HEVC H.264/AVC Bảng tóm tắt so sánh số kỹ thuật mã hóa H.265/HEVC H.264/AVC Bộ thơng số cho máy phát DVB T2 Thơng số tốc độ bit chương trình máy phát số DVB-T2 Đà Nẵng So sánh tốc độ bit chương trình HD máy phát số DVB-T2 Đà Nẵng Quan hệ thông sô điều chế hệ thống máy phát DVB-T2 Số sóng mang cung cấp cho băng tần BW=8Mhz Khoảng bảo vệ tính micro giây Khoảng cách phát tối đa trạm phát sóng số DVB-T2 Thơng số dịng video 1080p HDTV Mơ hình thiết lập thử nghiệm máy phát số mặt đất Kết cấu hình thu từ thiết bị đo R&S EFL340 Kết cấu hình thu từ thiết bị đo R&S EFL340 Thiết lâp cấu hình hai mã hóa tham chiếu HM 16.7 JM 19 Chuỗi video tham chiếu kiểm tra Bảng kết mã hóa AI video loại B Bảng kết mã hóa LDP video loại A Bảng kết mã hóa LDB video loại A Bảng kết mã hóa RA video loại A Tổng hợp kết lượng tiết kiệm bít hai loại mã hóa Thơng số cặp video mã hóa LDP dùng để đánh giá Kết khảo sát đánh giá người, video loại A mã hóa LDP Thơng số cặp video mã hóa LDB dùng để đánh giá Kết khảo sát đánh giá người, video loại A mã hóa LDB Thơng số cặp video mã hóa RA dùng để đánh giá Kết khảo sát đánh giá người, video loại A mã hóa RA Trang 17 19 26 33 35 36 37 41 41 43 46 46 47 47 48 49 49 49 51 54 56 57 59 61 61 64 64 65 65 66 66 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 2.16 2.17 2.18 2.19 2.20 2.21 2.22 2.23 3.1 3.2 3.3 3.4 4.1 4.2 Tên hình vẽ Trang Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình số Q trình biến đổi tín hiệu màu Mơ hình cấu trúc DVB-T2 Khối giao thức T2-MI hệ thống DVB-T2 Lịch sử phát triển chuẩn nén Sơ đồ khối mã hóa giải mã MPEG-4 H.264/AVC Sơ đồ khối mã hóa giải mã H.265/HEVC Cấu trúc slice ảnh Các kiểu mã hóa slice khác Cấu trúc tile ảnh Cấu trúc WPP slice Các tập tham số H.265/HEVC Phân vùng hình ảnh thành nhiều macro 16x16 CTU 64x64 Ví dụ phân vùng CTU theo thứ tự chiều sâu Ví dụ chia CTB thành nhiều TBs Mối quan hệ CU, PU TU H.265/HEVC Sơ đồ tổng quát biến đổi lưỡng tử hóa block video (a) Mã hóa, (b) Giải mã Bộ dự đốn tính tốn QP H.265/HEVC Các chế độ I_PCM, lossless and transform skip mã hóa Cấu trúc khối PU pixel lân cận sử dụng để dự đoán 35 chế độ dự đoán ảnh Sơ đồ tổng quát dự đoán liên ảnh H.265/HEVC CU mã hóa Inter sử dụng phân chia chuyển động đối xứng (4 kiểu ) bất đối xứng (4 kiểu) Ví dụ minh họa hình ảnh trước sau qua lọc SAO Mơ hình định hướng phân loại mẫu EO: (a) Ngang, (b) dọc,(c) đường chéo 1350, (d) đường chéo 450 So sánh kích thước block H.264/AVC H.265/HEVC Sự hiệu H.265 mã hóa đơi với phức tạp Mơ hình truyền dẫn số mặt đất DVB-T2 Lộ trình phát triển cơng nghệ cốt lõi truyền hình số mặt đất Sơ đồ tổng quát nâng cấp trạm phát sóng DVB-T2 sử dụng mã hóa H.265/HEVC Mơ hình thử nghiệm phát sóng số mặt đất DVB-T2 sử dụng mã hóa nguồn H.265/HEVC Cấu trúc dự đốn có ảnh I Cấu trúc dự đoán RA 10 11 13 15 18 20 20 21 22 23 23 24 25 25 26 27 28 29 30 30 31 32 32 34 37 40 42 44 48 52 53 Số hiệu 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.12 4.13 4.14 4.15 Tên hình vẽ Cấu trúc dự đốn LDP LDB Kết mã hóa AI Kết mã hóa LDP Kết mã hóa LDB Kết mã hóa RA Cấu trúc đánh giá chủ quan chất lượng video Phiếu đánh giá cho cặp video A B Chất lượng khác video A B Đồ thị MOS đánh giá chủ quan video LDP loại A Đồ thị MOS đánh giá chủ quan video LDB loại A Đồ thị MOS đánh giá chủ quan video RA loại A Tổng hợp so sánh đánh giá khách quan chủ quan Trang 53 55 57 59 60 62 63 63 64 65 66 67 PHỤ LỤC A Một số thiết bị mã hóa giải mã nguồn H.265/HEVC Hiện hệ thống truyền dẫn tín hiệu truyền hình vệ tinh band C/DVB-S2 phát sóng số mặt đất DVB-T2 Đài truyền hình Việt Nam sử dụng mã hóa H.264/AVC hai hãng thiết bị lớn Harmonic Ericsson Đặc biệt thiết bị thiết kế theo tích hợp modul riêng rẽ cho chức năng, nên nâng cấp chuyển đổi sang chuẩn H.265/HEVC dễ dàng tiết kiệm chi phí Bộ mã hóa H.265/HEVC Trên thị trường có số hãng lớn cho đời mã hóa H.265 Harmonic Ericsson : Encoder Electra X hãng Harmonic :  Tín hiệu video đầu vào có độ phân giải lên đến 4K/HD @ Frame Rates: 2160p @ 24, 50, 60  Mã hóa video (4:2:0/4:2:2): MPEG-2, MPEG-4 AVC, HEVC Main 10 (4:2:0 only) Up to 1080p @ 59.94  Audio: MPEG-1 Layer II, AC-3, E-AC-3, Dolby E, HE-AAC Mono, stereo, multichannel Module CE-HEVC hãng Ericsson Module gắn vào Encoder đời trước Ericsson AVP 2000, AVP 3000 Voyager phép mã hóa tín hiệu 4K với kĩ thuật H.265  Tín hiệu video mã hóa hỗ trợ đến độ phân giải 4K/UHD@Frame Rates: 2160p @ 50, 60  Video Resolutions:  HD: 1920 x 1080i 25; 1920 x 1080i 29.97 ; 1280 x 720p 50 1280x 720p 59.94; 1920 x 1080p 50; 1920 x 1080p 59.94  UHD (4K) (HEVC only) 3840 x 2160P 50; 3840 x 2160P 59.94  Tín hiệu audio đầu vào mã hóa AC-3, AAC, HE-AAC (Embedded)  Mã hóa H.265/HEVC với lựa chọn khác tùy thuộc vào nhu cầu mục đích người sử dụng R&S®AVHE100 UHD/4K Encoding and Multiplexing Bảng 3.4 Đặc điểm kỹ thuật thiết bị mã hóa nguồn AVHE100 HD video encoder Frame rate Quét xen kẽ Quét liên tục Frame size horizontal (in pixels) × vertical Quét xen kẽ (in pixels) (field rate in fields/s) horizontal (in pixels) × vertical Quét liên tục (in pixels) (frame rate in frames/s) Tỷ lệ khung hình Nếu tỷ lệ khung hình 4:3 Độ rộng black bar thêm vào bên trái phải khung hình Video encoding format main profile up to level 4.1 H.265 main10 profile up to level 4.1 minimum bit rate maximum bit rate 60 fields/s, 59.94 fields/s, 50 fields/s 60 frames/s , 59.94 frames/s, 50 frames/s 1920 × 1080 (60, 59.94, 50), 1440 × 1080 (50) 1280 × 720 (60, 59.94, 50), 960 × 720 (50) 16:09 bit with 4:2:0 chroma subsampling 10 bit with 4:2:0 chroma subsampling Mbit/s 20 Mbit/s B Tính tốn tốc độ bitrate cho hệ thống DVB-T2, BW=8MHz Bảng B1 Tính tốc độ bít tối cho DVB-T2, FFT modes: 1k tới 32k [16]; PP1-PP4 Scattered Pilot Pattern & Điều Chế Coe rate 1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 Scattered Pilot Pattern 3&4 1/4 1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 1/4 [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] QPSK 16-QAM 64-QAM 256-QAM 1/2 6.8 6.6 6.5 6.4 6.1 5.5 7.1 6.9 6.7 6.7 6.4 6.2 5.7 3/5 8.2 7.8 7.7 7.3 7.2 6.6 8.5 8.3 8.1 7.7 7.5 6.9 2/3 9.1 8.9 8.6 8.5 8.2 7.3 9.5 9.3 8.9 8.5 8.3 7.7 3/4 10.2 10 9.7 9.6 9.2 8.3 10.7 10.4 10.1 10 9.6 9.4 8.6 4/5 10.9 10.7 10.4 10.2 9.8 9.6 8.8 11.4 11.1 10.8 10.7 10.2 10 9.2 5/6 11.4 11.1 10.8 10.7 10.2 10 9.2 11.9 11.6 11.3 11.2 10.7 10.4 9.6 1/2 13.6 13.3 12.9 12.8 12.2 12 11 14.3 13.9 13.5 13.4 12.8 12.5 11.5 3/5 16.4 16 15.6 15.4 14.7 14.4 13.2 17.1 16.7 16.3 16.1 15.4 15.1 13.8 2/3 18.2 17.8 17.3 17.1 16.4 16 14.7 19.1 18.6 18.1 17.9 17.1 16.7 15.4 3/4 20.5 20.1 19.5 19.3 18.4 18 16.6 21.4 21 20.4 20.1 19.2 18.8 17.3 4/5 21.9 21.4 20.8 20.6 19.6 19.2 17.7 22.9 22.4 21.7 21.5 20.5 20.1 18.5 5/6 22.8 22.3 21.7 21.4 20.5 20.1 18.4 23.9 23.3 22.6 22.4 21.4 21 19.3 1/2 20.4 20 19.4 19.2 18.3 18 16.5 21.4 20.9 20.3 20 19.1 18.8 17.2 3/5 24.6 24 23.3 23.1 22 21.6 19.8 25.7 25.1 24.4 24.1 23 22.5 20.7 2/3 27.3 26.7 25.9 25.7 24.5 24 22.1 28.6 27.9 27.1 26.8 25.6 25.1 23.1 3/4 30.7 30 29.2 28.9 27.6 27 24.8 32.1 31.4 30.5 30.2 28.8 28.2 25.9 4/5 32.8 32.1 31.1 30.8 29.4 28.8 26.5 34.3 33.5 32.5 32.2 30.7 30.1 27.7 5/6 34.2 33.4 32.5 32.1 30.7 30.0 27.6 35.7 34.9 33.9 33.5 32 31.4 28.9 1/2 27.3 26.7 25.9 25.6 24.5 24 22.1 28.5 27.9 27.1 26.8 25.6 25.1 23 3/5 32.8 32.1 31.1 30.8 29.4 28.8 26.5 34.3 33.5 32.5 32.2 30.7 30.1 27.7 2/3 36.5 35.7 34.6 34.3 32.7 32.1 29.5 38.1 37.3 36.2 35.8 34.2 33.5 30.8 3/4 41.1 40.1 39 38.6 36.8 36.1 33.2 42.9 41.9 40.7 40.3 38.5 37.7 34.7 4/5 43.8 42.8 41.6 41.1 39.3 38.5 35.4 45.8 44.8 43.5 43.0 41.1 40.2 37 5/6 45.7 44.7 43.4 42.9 41 40.1 36.9 47.7 46.7 45.3 44.8 42.8 41.9 38.6 Bảng B2 Tính tốc độ bít tối cho DVB-T2, FFT modes: 1k tới 32k [16]; PP5-PP8 Scattered Pilot Pattern & Điều Chế Code rate 1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 Scattered Pilot Pattern & 1/4 1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 1/4 Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s QPSK 16-QAM 64-QAM 256-QAM 1/2 7.3 7.1 6.9 6.8 6.5 6.4 5.9 7.3 7.2 7.0 6.9 6.6 6.4 5.9 3/5 8.7 8.5 8.3 8.2 7.8 7.7 7.0 8.8 8.6 8.4 8.3 7.9 7.7 7.1 2/3 9.7 9.5 9.2 9.1 8.7 8.5 7.8 9.8 9.6 9.3 9.2 8.8 8.6 7.9 3/4 10.9 10.7 10.4 10.2 9.8 9.6 8.8 11.0 10.8 10.5 10.4 9.9 9.7 8.9 4/5 11.6 11.4 11.1 10.9 10.4 10.2 9.4 11.8 11.5 11.2 11.0 10.6 10.3 9.5 5/6 12.1 11.9 11.5 11.4 10.9 10.7 9.8 12.3 12.0 11.6 11.5 11.0 10.8 9.9 1/2 14.6 14.2 13.8 13.7 13.1 12.8 11.8 14.7 14.4 14.0 13.8 13.2 12.9 11.9 3/5 17.5 17.1 16.6 16.4 15.7 15.4 14.1 17.7 17.3 16.8 16.6 15.9 15.5 14.3 2/3 19.5 19.0 18.5 18.3 17.5 17.1 15.7 19.7 19.2 18.7 18.5 17.6 17.3 15.9 3/4 21.9 21.4 20.8 20.6 19.6 19.2 17.7 22.1 21.6 21.0 20.8 19.9 19.5 17.9 4/5 23.4 22.9 22.2 21.9 21.0 20.5 18.9 23.6 23.1 22.4 22.2 21.2 20.8 19.1 5/6 24.4 23.8 23.1 22.9 21.9 21.4 19.7 24.6 24.1 23.4 23.1 22.1 21.6 19.9 1/2 21.8 21.3 20.7 20.5 19.6 19.2 17.6 22.0 21.5 20.9 20.7 19.8 19.4 17.8 3/5 26.2 25.6 24.9 24.6 23.5 23.0 21.2 26.5 25.9 25.1 24.9 23.8 23.3 21.4 2/3 29.2 28.5 27.7 27.4 26.2 25.6 23.6 29.5 28.8 28.0 27.7 26.4 25.9 23.8 3/4 32.8 32.1 31.1 30.8 29.4 28.8 26.5 33.2 32.4 31.5 31.1 29.7 29.1 26.8 4/5 35.0 34.2 33.2 32.9 31.4 30.8 28.3 35.4 34.6 33.6 33.2 31.7 31.1 28.6 5/6 36.5 35.7 34.6 34.3 32.7 32.1 29.5 36.9 36.1 35.0 34.6 33.1 32.4 29.8 1/2 29.1 28.5 27.7 27.4 26.1 25.6 23.5 29.5 28.8 27.9 27.6 26.4 25.9 23.8 3/5 35.0 34.2 33.2 32.9 31.4 30.8 28.3 35.4 34.6 33.6 33.2 31.7 31.1 28.6 2/3 39.0 38.1 37.0 36.6 34.9 34.2 31.5 39.4 38.5 37.4 37.0 35.3 34.6 31.8 3/4 43.8 42.9 41.6 41.2 39.3 38.5 35.4 44.3 43.3 42.0 41.6 39.7 38.9 35.8 4/5 46.8 45.7 44.4 43.9 41.9 41.1 37.8 47.3 46.2 44.9 44.4 42.4 41.5 38.2 5/6 48.8 47.7 46.3 45.8 43.7 42.8 39.4 49.3 48.2 46.8 46.3 44.2 43.3 39.8 C Máy phát test DVB-T2 R&S SFC giao diện máy tính (a) (b) Giao tiếp điều khiển TS in: dịng truyền tải Tín hiệu RF đưa tới anten USB thơng qua máy tính mã hóa nguồn HEVC định hướng R&S HE100 Hình C.1 Kết nối phát chuẩn (a) Mặt trước, (b) Mặt sau thiết bị R&S®SFC-U Compact USB Modulator nhận dịng tín hiệu vào thơng qua kết nối “TS IN” phát theo file đóng gói MPEG-2 TS lưu máy tính  Phần mềm máy tính điều khiển Hình C.2 Thiết lập mức phát cho R&S®SFC-U Compact USB Modulator Hình C.3 Dịng tín hiệu mã hóa HEVC đóng gói MPGE-2 TS D Bảng kết mã hóa All Intra (Test 1) QP 24 26 28 30 32 36 QP 24 26 28 30 32 QP 24 26 28 30 32 Bảng D1 Bảng kết mã hóa AI video 720p H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm bit H.265 so với YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít H264 (%) (dB) (Mbp/s) (dB) (Mbp/s) 39.38 61.16 39.41 75.23 -23.01 38.10 48.03 38.01 59.21 -23.29 36.99 38.46 36.84 47.81 -24.31 36.00 31.65 35.72 38.49 -21.62 34.85 25,01 34.52 30.27 -21.06 32.71 15.84 32.33 18.51 -16.85 Bảng D2 Bảng kết mã hóa AI video Akiyo H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm bit H.265 so với YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít H.264 (%) (dB) (Kbp/s) (dB) (Kbp/s) 44,19 2421,15 43,82 2949,20 -21,81 42,99 2003,04 42,64 2445,21 -22,08 41,82 1660,18 41,51 2039,54 -22,85 40,68 1390,77 40,32 1700,85 -22,30 39,43 1139,67 39,24 1389,71 -21,94 Bảng D3 Bảng kết mã hóa AI video News H.265/HEVC H.264/AVC YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít (dB) (Kbp/s) (dB) (Kbp/s) 42.92 3,884.79 42.64 4,672.19 41.55 3,238.06 41.30 3,922.83 40.27 2,718.37 40.03 3,300.86 39.04 2,297.98 38.79 2,752.10 37.63 1,889.90 37.41 2,273.71 Tiết kiệm bit H.265 so với H.264 (%) -20.27 -21.15 -21.43 -19.76 -20.31 E Bảng kết mã hóa LDP (Test 2) QP 24 26 28 30 32 Bảng E1 Bảng kết mã hóa LDP video Loại C H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm bit H.265 so với YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít H264 (%) (dB) (kbp/s) (dB) (kbp/s) 43.27 151.91 43.11 255.89 -68.44 42.18 109.34 41.90 183.52 -67.85 41.09 80.17 40.87 132.55 -65.34 39.97 59.60 39.88 97.40 -63.43 38.85 44.67 38.97 72.39 -62.06 Bảng E2 Bảng kết mã hóa LDP video loại D H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm bit H.265 so với QP YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít H264 (%) (dB) (kbp/s) (dB) (kbp/s) 41.49 383.97 41.90 578.35 -50.62 24 40.22 291.34 40.57 444.71 -52.64 26 38.96 222.20 39.44 343.44 -54.56 28 37.75 170.35 38.50 268.11 -57.38 30 36.45 129.64 37.15 207.79 -60.28 32 Bảng E3 Bảng kết mã hóa LDP video loại B Tiết kiệm bit H.265/HEVC H.264/AVC H.265 so với QP PSNR_YUV Tốc độ bít PSNR_YUV Tốc độ bít H264 (%) (dB) (Mbp/s) (dB) (Mbp/s) 31,05 7,46 33,32 16,60 -122,44 32 30,13 5,87 32,15 12,16 -106,94 34 29,18 4,29 31,02 8,73 -103,62 36 28,26 3,07 29,92 6,12 -99,11 38 Bảng E4 Bảng kết mã hóa LDP video loại A H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm QP PSNR_YUV Tốc độ bít PSNR_YUV Tốc độ bít bitrate H.265 so với H.264 (%) (dB) (Mbp/s) (dB) (Mbp/s) 34,72 15,28 37,48 24,81 -62,35 30 33,38 11,55 36,09 19,26 -66,73 32 32,18 8,81 34,77 14,89 -68,87 34 31,03 6,66 33,46 11,39 -71,02 36 F Kết mã hóa LDB (Test 3) QP 24 Bảng F1 Bảng kết mã hóa LDB video loại C H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm bit YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít H.265 so với H264 (%) (dB) (kbp/s) (dB) (kbp/s) 43.32 138.42 46.37 567.79 -310.20 26 42.23 102.28 44.79 334.3 -226.85 28 41.11 76.41 42.94 193.5 -153.24 30 39.96 57.50 40.87 115.41 -100.70 32 38.80 43.55 39.31 70.75 -62.45 QP 24 26 28 30 32 Bảng F2 Bảng kết mã hóa LDB video loại D H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm bít YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít H.265 so với H264 (%) (dB) (kbp/s) (dB) (kbp/s) 41.59 352.28 45.17 1,146.66 -225.49 40.34 273.12 43.36 693.65 -153.97 39.08 211.73 41.34 444.32 -109.85 37.83 165.22 39.05 292.36 -76.95 36.60 128.15 36.55 176.29 -37.57 Bảng F3 Bảng kết mã hóa LDB video loại B (720p) H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm bit QP PSNR_YUV Tốc độ bit PSNR_YUV Tốc độ bit H.265 so với H.264 (%) (dB) (Mbp/s) (dB) (Mbp/s) 32 34 36 38 QP 30 32 34 36 31,22 30,24 29,31 28,41 7,50 5,51 4,03 2,88 31,89 30,75 29,75 28,82 11,84 8,41 6,02 4,28 -57,91 -52,54 -49,43 -48,85 Bảng F4 Bảng kết mã hóa LDB video loại A (1080p) H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm bit H.265 so với PSNR_YUV Bitrate PSNR_YUV Bitrate H.264 (%) (dB) (Mbp/s) (dB) (Mbp/s) 34,72 15,28 36,37 19,97 -30,65 33,38 11,55 34,92 15,21 -31,67 32,18 8,81 33,59 11,60 -31,65 31,03 6,66 32,30 8,79 -32,03 G Kết mã hóa RA (Test 4) Bảng G1 Bảng kết mã hóa RA video loại C Tiết kiệm bit H.265/HEVC H.264/AVC QP YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít H.265 so với H.264 (%) (dB) (kbp/s) (dB) (kbp/s) 24 26 28 30 32 44.33 43.37 42.33 41.30 40.21 183.87 144.85 114.17 91.59 74.24 46.24 44.76 43.06 40.89 39.22 341.58 212.87 131.09 82.80 52.89 -85.77 -46.96 -14.82 9.60 28.76 Bảng G2 Bảng kết mã hóa RA video loại D Tiết kiệm bit H.265/HEVC H.264/AVC QP YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít H.265 so với H264 (%) (dB) (kbp/s) (dB) (kbp/s) 42.28 408.11 44.83 737.88 -80.81 24 41.01 319.90 43.18 478.75 -49.65 26 28 39.77 253.55 41.29 320.91 -26.57 30 38.57 202.47 39.13 218.85 -8.09 32 37.25 159.62 37.14 149.98 6.04 Bảng G3 Bảng kết mã hóa RA video loại B H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm bit QP YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít H.265 so với H264 (%) (dB) (Mbp/s) (dB) (Mbp/s) 31,08 5,28 32,93 12,33 -133,67 32 30,05 3,73 31,76 8,31 -122,77 34 29,10 2,59 30,68 5,56 -115,04 36 28,27 1,85 29,71 3,77 -103,99 38 Bảng G4 Bảng kết mã hóa RA video loại A H.265/HEVC H.264/AVC Tiết kiệm bit QP YUV_PSNR Tốc độ bít YUV_PSNR Tốc độ bít H.265 so với H.264 (%) (dB) (Mbp/s) (dB) (Mbp/s) 34,86 13,33 37,80 23,18 -73,87 30 33,50 10,05 36,40 17,71 -76,30 32 32,19 7,46 34,85 13,23 -77,31 34 30,95 5,43 33,60 9,93 -83,05 36 H Giới hạn mức H264/AVC [6] Level number Max MB/s Max frame size (MBs) Max video bit rate (VCL) for Baseline, Extended and Main Profiles 1485 99 64 kbit/s 1b 1485 99 128 kbit/s 1.1 3000 396 192 kbit/s 1.2 6000 396 384 kbit/s 1.3 11880 396 768 kbit/s 11880 396 Mbit/s 2.1 19800 792 Mbit/s 2.2 20250 1620 Mbit/s 40500 1620 10 Mbit/s 3.1 108000 3600 14 Mbit/s 3.2 216000 5120 20 Mbit/s 245760 8192 20 Mbit/s 4.1 245760 8192 50 Mbit/s 4.2 522240 8704 50 Mbit/s 589824 22080 135 Mbit/s 5.1 983040 36864 240 Mbit/s Examples for high resolution @frame rate 128x96@30.9 176x144@15.0 128x96@30.9 176x144@15.0 176x144@30.3 320x240@10.0 352x288@7.5 320x240@20.0 352x288@15.2 320x240@36.0 352x288@30.0 320x240@36.0 352x288@30.0 352x480@30.0 352x576@25.0 352x480@30.7 352x576@25.6 352x480@61.4 352x576@51.1 720x480@30.0 720x576@25.0 720x480@80.0 1280x720@30.0 1280x720@60.0 1280x1024@42.2 1280x720@68.3 1920x1088@30.1 1280x720@68.3 1920x1088@30.1 1920x1088@64.0 2048x1088@60.0 1920x1088@72.3 2560x1920@30.7 3680x1536/26.7 1920x1088@120.5 4096x2048@30.0 4096x2304@26.7 ... trách nhiệm mã h? ?a h? ?nh ảnh  Song song cấp mảnh: Như thảo luận, H. 265/ HEVC, h? ?nh ảnh phân chia thành nhiều mảnh Những mảnh mã h? ?a cách độc lập với mảnh khác h? ?nh ảnh, mảnh sử dụng để song song h? ?a... trình mã h? ?? h? ?nh ảnh cụ thể PPS thay đổi theo h? ?nh ảnh, h? ?nh ảnh khác tham chiếu tới PPS (thông qua ID) 2.3.3.3 Cấu trúc khối phân vùng khối ảnh H. 265/ HEVC phương pháp mã h? ?a video h? ??n h? ??p theo... thời phân chia h? ?nh ảnh mã h? ?a vector chuyển động hiệu H. 264 nhiều lần 36 Bảng 2.6 Kích thước khối bù chuyển động H. 265/ HEVC H. 264/AVC [3] Chuẩn mã h? ?a H. 264/AVC H. 265/ HEVC H? ?? trợ kích thước khối