Tìm hiểu chuẩn nén video MPEG-4 H.264/AVC và ứng dụng trong thực tiễn

LƯỢNG TỬ HểA

Quá trình lượng tử là quá trình chuyển một xung lấy mẫu thành một xung có biên độ bằng mức lượng tử gần nhất hay nói cách khác là lượng tử chuyển đổi các mức biên độ của tín hiệu đã lấy mẫu sang một trong các giá trị hữu hạn các mức nhị phân. Lượng tử hoá biến đổi tín hiệu liên tục theo thời gian thành tín hiệu có biên độ rời rạc, nhằm làm giảm ảnh hưởng của tạp âm trong hệ thống, hạn chế các mức cho phép của tín hiệu lấy mẫu và chuẩn bị truyền tín hiệu gốc từ tương tự sang số.

MÃ HểA

+ Lượng tử phi tuyến: phép nén tín hiệu theo quy luật đường cong không đồng đều, tập trung nhiều mức lượng tử ở những vùng tín hiệu nhỏ. Trong kỹ thuật nén ảnh, nén video thì loại lượng tử phi tuyến được dùng nhiều hơn vì nó giảm dung lượng đến mức tối đa với độ méo lượng tử có thể chấp nhận được.

TỐC ĐỘ BIT VÀ THÔNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ .1 TỐC ĐỘ BÍT

MÔ HÌNH NÉN TÍN HIỆU VIDEO

CÁC KỸ THUẬT NÉN VIDEO

8cos7

• QUÁ TRèNH MÃ HểA

Bộ mó húa cú chức năng loại bỏ độ dư thừa trong cỏc ký tự ở ngừ ra lượng tử húa và ỏnh xạ cỏc ký tự này thành cỏc từ mó tạo thành dũng bit ở ngừ ra bằng cỏc loại mó húa như: mã hóa dự đoán, mã hóa VLC, mã hóa số học nhị phân, mã hóa theo hình dạng…. Điểm bất lợi cơ bản của mã hóa dọc chiều dài là việc tạo ra bảng tra chứa toàn bộ số lượng bit trên mỗi mẫu nên không thật sự tối ưu, vì số lượng bit tối ưu nhất cho một ký tự tùy thuộc vào nội dung thông tin, mà thường là những số rất nhỏ.

CÁC CHUẨN NÉN THUỘC HỌ MPEG TRƯỚC MPEG-4 H.264/AVC

CHUẨN NÉN MPEG-4 H.264/AVC

CÁC PROFLIES VÀ LEVELS TRONG H.264/AVC

H.264/AVC được ứng dụng rộng rãi trong nén ảnh kỹ thuật truyền hình số, các ứng dụng về đồ họa và Video tương tác 2 chiều như Games, Video Conferencing, World Wide Web hoặc các ứng dụng nhằm phân phát dữ liệu Video như truyền hình cáp, Internet TV…H.264/AVC trở thành tiêu chuẩn công nghệ trong quá trình sản xuất, phân phối và truy nhập vào hệ thống Video. Mã hoá H.264/AVC ngoài việc quan tâm đến hiệu quả mã hoá giống như các tiêu chuẩn mã hoá trước đây, còn bổ sung thêm một số công cụ cho các chức năng khác như: Mã hoá các đối tượng có hình dạng bất kỳ, nén hiệu quả các tín hiệu video liên tục và hình.

KỸ THUẬT NÉN VIDEO H.264/AVC

Đầu tiên bộ giải mã Entropy nhận được các dòng bit nén từ NAL, một mặt sẽ giải mã Entropy để tách thông tin đầu mục và vector dự đoán chuyển động đưa vào bù chuyển động, mặt khác các hệ số DCT được giải lượng tử và biến đổi ngược IDCT để biến tín hiệu từ miền tần số thành tín hiệu ở miền không gian, các hệ số biến đổi ngược thu được sẽ cộng với tín hiệu dự đoán. Ảnh P chứa dữ liệu ảnh, vectơ chuyển động của ảnh hiện tại và ảnh trước đó hoặc cả hai, ảnh P có thể sử dụng các ảnh I hoặc P ngay sát phía trước nó để bù chuyển động và tiên đoán các ảnh tiếp theo nên ta có cấu trúc ảnh IPPPPIP… Mỗi khối ảnh trong ảnh P có thể được mã theo kiểu tiên đoán hoặc mã một cách độc lập, do nó sử dụng nén theo không gian và thời gian nên hiệu quả nén cao hơn so với ảnh I.

ICTDCT

Trong đó CXCT là phép biến đổi 2 chiều E là ma trận thừa số tỷ lệ co dãn. Phép toán ⊗ có nghĩa là mỗi thành phần của ma trận CXCTsẽ nhân với hệ số tỷ lệ ở cùng vị trí trong ma trận E (nhân vô hướng).

35 1 AXA T

MÃ HểA ENTROPY

Những hệ số khác 0 tần số cao, sau khi quét Zig-Zag thường kết thúc bằng nhiều số ±1 thì CAVLC sẽ báo hiệu số lượng chuỗi số kết thúc là 1(‘Trailing Ones’). Trong chuỗi sắp xếp lại biên độ của hệ số. Nắm bắt điểm này, bộ mã hóa CAVLC sử dụng việc chọn bảng dò tìm VLC thích nghi cho thông số mức tùy thuộc vào mức biên độ mã hóa gần nhất. Quá trình mã hóa một ma trận các hệ số đã biến đổi được thực hiện qua 5 bước sau:. 2) Mã hóa ký hiệu cho từng TrailingOne. Nguyên tắc của mã hóa số học là một dữ liệu được mã hóa bằng một từ đơn, nó nằm trong phạm vị [0 1] thay vì phải thiết kế một bảng mã, mã hóa số học nhị phân thích nghi CABAC cho phép ấn định số bit không nguyên/symbol, thích nghi các thống kê symbol động trong phạm vi [0 1] này.

BỘ LỌC TÁCH KHỐI TRONG VềNG

Nguyên tắc cơ bản là nếu đo được sự sai khác giữa các mẫu gần nhau ở mép khối như minh họa ở hình IV.33, thì cần phải hạn chế sai khác này để tránh hiện tượng kết khối mà độ bóng của nội dung vẫn không thay đổi. Mỗi MB và mỗi thành phần sẽ được tách riêng để lọc, các mép theo chiều thẳng đứng sẽ được lọc trước, bắt đầu tại mép nằm bên tay trái của MB cho đến các mép cuối cùng nằm bên tay phải của MB, sau đó lọc theo chiều ngang, bắt đầu với mép nằm phía trên MB cho tới mép nằm phía dưới cùng của MB.

CẤU TRÚC VÀ CÚ PHÁP CHUẨN H.264/AVC

Tất cả dữ liệu được chứa trong các khối NAL, mỗi khối chứa một số nguyên byte xác định định dạng chung cho cả hệ thống định hướng gói (packet - oriented) và hệ thống định hướng dòng bit (bitstream), ngoại trừ mỗi khối NAL trong lớp truyền tải định hướng dòng bit có thể có một tiền tố mã hóa ở trước, và có thể là một trong 2 định dạng sau: định dạng theo từng đơn vị NAL hoặc theo từng byte. Một chuỗi video H.264 bao gồm một chuỗi các đơn vị NAL, mỗi đơn vị NAL sẽ chứa các thành phần RBSP như bảng 1, RBSP là một tập hợp dữ liệu tương ứng với dữ liệu video được mã hóa hay thông tin đầu mục, ví dụ một chuỗi các đơn vị RBSP như hình IV.37, trong đó các đơn vị được truyền đi dưới dạng các đơn vị NAL riêng biệt.

MỘT SỐ ỨNG DỤNG CHUẨN H.264/AVC

MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH NÉN-GIẢI NÉN CỦA H.264/AVC BẰNG MATLAB

Tuy nhiên, vì việc mã hóa một bức ảnh có quá nhiều công đoạn phức tạp, và việc mã hóa cũng tốn khá nhiều thời gian, yêu cầu bộ xử lý tốc độ cao nên không thể tách riêng từng quá trình để mô phỏng. Cao Văn Liết, “Bù chuyển động trong 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.