Để tạo ra ảnh dự đoán giống với ảnh hiện tại, kỹ thuật dự đoán và bù chuyển dịch không xử lý cùng lúc toàn bộ cả ảnh mà chia nhỏ ảnh thành những khối điểm ảnh và xử lý riêng biệt cho từng khối điểm ảnh đó. Các khối điểm ảnh này đ−ợc gọi là macroblock. Macroblock thực chất là một ma trận các giá trị
78
mẫu t−ơng ứng với một khối điểm ảnh của ảnh. Macroblock có kích th−ớc cố định và th−ờng là 8x8, 16x16 mẫu điểm ảnh. Ví dụ đối với tín hiệu video lấy mẫu theo cấu trúc 4:2:0, một khối điểm ảnh kích th−ớc 16x16 sẽ t−ơng ứng với 1 macroblock tín hiệu chói có kích th−ớc 16x16 và 2 macroblock tín hiệu hiệu màu thành phần Cb, Cr có kích th−ớc 8x8. Hình 3.4:
Hình 3.4. Cấu trúc macroblock của các dạng lấy mẫụ Mỗi ô vuông trong hình ứng với kích th−ớc 8x8 mẫu điểm ảnh.
Kỹ thuật dự đoán và bù chuyển dịch thực hiện đối với từng macroblock có kích th−ớc MxN theo các b−ớc nh− sau:
1. Xác định h−ớng chuyển dịch: Tìm trong ảnh tham chiếu một vùng mẫu điểm ảnh có kích th−ớc MxN giống nhất với macroblock hiện tạị ảnh tham chiếu có thể là ảnh nằm tr−ớc hoặc nằm sau trong thứ tự trình diễn so với ảnh hiện tạị Quá trình tìm kiếm đ−ợc thực hiện bằng cách so sánh các giá trị mẫu của macroblock hiện tại với các giá trị mẫu trong ảnh tham chiếụ Khối điểm ảnh giống nhất là khối điểm ảnh có hiệu số giữa các giá trị mẫu của nó so với của macroblock hiện tại là nhỏ nhất. Vùng điểm ảnh giống nhất sẽ trở thành khối điểm ảnh dự đoán (predictor) của macroblock hiện tạị Vector chỉ thị độ lệch
79
giữa khối điểm ảnh dự đoán và macroblock đ−ợc gọi là vector chuyển dịch (motion vector). Quá trình tìm kiếm này đ−ợc gọi là quá trình xác định h−ớng chuyển dịch (motion estimation). Hình 3.5:
Hình 3.5. Xác định h−ớng chuyển dịch trên cơ sở tìm kiếm vùng ảnh giống nhất so với macroblock hiện tại
2. Bù chuyển dịch: Hiệu số các giá trị mẫu giữa macroblock và khối điểm ảnh dự đoán tạo thành một khối phần chênh lệch (residual block) có kích th−ớc MxN. Quá trình tính toán này gọi là sự bù dịch chuyển (motion compensation).
3. Dữ liệu về vector chuyển dịch và phần chênh lệch đ−ợc mZ hóa và truyền đi tới bộ giải mZ. Nếu quá trình dự đoán xác định h−ớng chuyển dịch càng chính xác thì phần chênh lệnh càng nhỏ, l−ợng thông tin cần truyền đi càng ít và do đó hiệu quả nén càng caọ
Kỹ thuật dự đoán và bù chuyển dịch theo khối là kỹ thuật phổ biến trong nén videọ Nó không phức tạp và phù hợp với các phép biến đổi theo cấu trúc ma trận nh− phép biến đổi cosin rời rạc DCT. Tuy nhiên nó cũng có nh−ợc điểm là quá trình xử lý đ−ợc thực hiện trên từng khối độc lập nên dễ hình thành các đ−ờng ranh giới giữa các khối và gây ra hiệu ứng ô vuông trên hình ảnh.
Các kỹ thuật nén video phổ biến bao gồm MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 Visual, H.261, H.263 và H.264 đều sử dụng kỹ thuật dự đoán và bù chuyển dịch
80
theo macroblock có kích th−ớc chuẩn 16x16 mẫu điểm ảnh. Riêng chuẩn mZ hóa MPEG-4 AVC/H.264 còn xử lý cho các đơn vị nhỏ của macroblock nh− xử lý theo khối 8x8, 4x4 mẫu điểm ảnh. Kích th−ớc khối xử lý càng nhỏ thì số phép tính cần thiết trong quá trình xử lý càng nhiều nh−ng đem lại kết quả dự đoán càng chính xác và do vậy, hiệu quả nén đ−ợc nâng lên. Hình 3.6, 3.7 là ví dụ thể hiện kết quả giá trị phần chênh lệch theo các kích th−ớc khối xử lý khác nhau 16x16, 8x8 và 4x4.
a). ảnh 1 b). ảnh 2
a). Phần chênh lệch không dự đoán d). Phần chênh lênh (macroblock 16x16) Hình 3.6. ảnh giá trị phần chênh lệch trong các tr−ờng hợp không dự đoán và xử lý MB
kích th−ớc 16x16