Hình 3.16: Mã hóa và tổng hợp khung hình trong MPEG-4
Để có thể thực hiện việc tổ hợp khung hình, MPEG-4 sử dụng một ngôn ngữ mô tả khung hình riêng, đƣợc gọi là định dạng nhị phân cho các khung hình BiFS (Binary Format for Scenes). BiFS không chỉ mô tả ở đâu và khi nào các đối tƣợng xuất hiện trong khung hình, mà nó còn mô tả cách thức hoạt động của đối tƣợng (làm cho một đối tƣợng xoay tròn hay chồng mờ hai đối tƣợng lên nhau) và cả điều kiện hoạt động đối tƣợng và tạo cho MPEG-4 có khả năng tƣơng tác. Trong MPEG- 4, tất cả các đối tƣợng có thể đƣợc mã hoá với sơ đồ mã hoá tối ƣu riêng của nó - hình ảnh đƣợc mã hoá theo kiểu hình ảnh, văn bản đƣợc mã hoá theo kiểu văn bản, các đồ họa đƣợc mã hóa theo kiểu đồ họa - thay vì việc xử lý tất cả các phần tử ảnh nhƣ là mã hoá hình ảnh ảnh động. Do các quá trình mã hoá đã đƣợc tối ƣu hoá cho từng loại dữ liệu thích hợp, nên chuẩn MPEG-4 sẽ cho phép mã hoá với hiệu quả cao tín hiệu ảnh hình ảnh, âm thanh và cả các nội dung tổng hợp nhƣ các bộ mặt và cơ thể hoạt hình.
SVTH: Võ Hoàng BaRi Lớp: KTVT – K48
3.5 Chuẩn nén H.264/AVC
3.5.1 Giới thiệu chung
Kể từ khi mới xuất hiện, chuẩn nén hình ảnh MPEG-2 đã hoàn toàn thống lĩnh thế giới truyền thông. Cũng trong thời gian này, chuẩn nén MPEG-2 đã đƣợc cải tiến về nhiều mặt. Bây giờ, nó có tốc độ bit thấp hơn và việc ứng dụng nó đƣợc mở rộng hơn nhờ có các kỹ thuật nhƣ đoán chuyển động, tiền xử lý, xử lý đối ngẫu và phân bổ tốc độ bit tùy theo tình huống thông qua ghép kênh thống kê.
Tuy nhiên, chuẩn nén MPEG-2 cũng không thể đƣợc phát triển một cách vô hạn định. Thực tế hiện nay cho thấy chuẩn nén này đã đạt đến hết giới hạn ứng dụng của mình trong lĩnh vực truyền truyền hình từ sản xuất tiền kỳ đến hậu kỳ và lƣu trữ hình ảnh số. Bên cạnh đó, nhu cầu nén hình ảnh lại đang ngày một tăng cao kèm theo sự phát triển mạnh mẽ của mạng IP mà tiêu biểu là mạng Internet. Khối lƣợng nội dung mà các công ty truyền thông cũng nhƣ các nhà cung cấp dịch vụ thông tin có thể mang lại ngày càng lớn. Ngoài ra, họ còn có thể cung cấp nhiều dịch vụ theo yêu cầu thông qua hệ thống cáp, vệ tinh và các hạ tầng Viễn thông đặt biệt là mạng Internet.
Các tiêu chuẩn mã hoá hình ảnh ra đời và phát triển với mục tiêu cung cấp các phƣơng tiện cần thiết để tạo ra sự thống nhất giữa các hệ thống đƣợc thiết kế bởi những nhà sản xuất khác nhau đối với mọi loại ứng dụng hình ảnh. Nhờ vậy, thị trƣờng hình ảnh có điều kiện tăng trƣởng mạnh. Chính vì lý do này nên những ngƣời sử dụng bộ giải mã cần có một chuẩn nén mới để đi tiếp chặng đƣờng mà MPEG-2 đã bỏ dở.
Hiệp hội Viễn thông quốc tế (ITU) và tổ chức tiêu chuẩn quốc tế, Uỷ ban kỹ thuật điện tử quốc tế (ISO/IEC) là hai tổ chức phát triển các tiêu chuẩn mã hoá hình ảnh. Theo ITU-T, các tiêu chuẩn mã hoá hình ảnh đƣợc coi là các khuyến nghị gọi tắt là chuẩn H.26x (H.261, H.262, H.263 và H.264). Với tiêu chuẩn ISO/IEC, chúng đƣợc gọi là MPEG-x (nhƣ MPEG-1, MPEG-2 và MPEG-4).
SVTH: Võ Hoàng BaRi Lớp: KTVT – K48
Những khuyến nghị của ITU đƣợc thiết kế dành cho các ứng dụng truyền thông hình ảnh thời gian thực nhƣ hội thảo hình ảnh hay điện thoại truyền hình. Mặt khác, những tiêu chuẩn MPEG đƣợc thiết kế hƣớng tới mục tiêu lƣu trữ hình ảnh chẳng hạn nhƣ trên đĩa quang DVD, quảng bá hình ảnh số trên mạng cáp, đƣờng truyền số DSL, truyền hình vệ tinh hay những ứng dụng truyền dòng hình ảnh trên mạng Internet hoặc thông qua mạng không dây.
Với đối tƣợng để truyền dẫn hình ảnh là mạng Internet thì ứng cử viên hàng đầu là chuẩn nén MPEG-4 AVC, còn đƣợc gọi là H.264, MPEG-4 part 10, H.26L hoặc JVT.
3.5.2 Tính kế thừa của chuẩn nén H.264
Mục tiêu chính của chuẩn nén H.264 đang phát triển nhằm cung cấp hình ảnh có chất lƣợng tốt hơn nhiều so với những chuẩn nén hình ảnh trƣớc đây. Điều này có thể đạt đƣợc nhờ sự kế thừa các lợi điểm của các chuẩn nén hình ảnh trƣớc đây. Không chỉ thế, chuẩn nén H.264 còn kế thừa phần lớn lợi điểm của các tiêu chuẩn trƣớc đó là MPEG-4 bao gồm 4 đặc điểm chính nhƣ phân chia mỗi hình ảnh thành các khối (bao gồm nhiều điểm ảnh). Do vậy, quá trình xử lý từng ảnh có thể đƣợc tiếp cận tới mức khối.Thứ hai là đặc điểm khai thác triệt để sự dƣ thừa về mặt không gian tồn tại giữa các hình ảnh liên tiếp bởi một vài mã của những khối gốc thông qua dự đoán về không gian, phép biến đổi, quá trình lƣợng tử và mã hoá Entropy (hay mã có độ dài thay đổi VLC).Tiếp theo là đặc điểm khai thác sự phụ thuộc tạm thời của các khối của các hình ảnh liên tiếp. Bởi vậy, chỉ cần mã hoá những chi tiết thay đổi giữa các ảnh liên tiếp. Việc này đƣợc thực hiện thông qua dự đoán và bù chuyển động. Với bất kỳ khối nào cũng có thể đƣợc thực hiện từ một hoặc vài ảnh mã hoá trƣớc đó hay ảnh đƣợc mã hoá sau đó để quyết định véc tơ chuyển động, các véc tơ này đƣợc sử dụng trong bộ mã hoá và giải mã để dự đoán các loại Khối. Cuối cùng, đặc điềm về khai thác tất cả sự dƣ thừa về không gian còn lại trong ảnh bằng việc mã các Khối dƣ thừa. Ví dụ, nhƣ sự khác biệt giữa khối gốc và khối dự đoán sẽ đƣợc mã hoá thông qua quá trình biến đổi, lƣợng tử hoá và mã hoá Entropy.
SVTH: Võ Hoàng BaRi Lớp: KTVT – K48
3.5.3 Mã hóa H.264