2. DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
3.3.4. Kỹ thuật giải mó video
Giải mó Entropy Giải lượng tử hoỏ &
Biến đổi ngược ∑ Bộ lọc tỏch khối Lựa chọn Inter/Intra Mode Ảnh dựđoỏn Bự chuyển động Bộđệm ảnh Dũng Bớt đầu vào + + Video đầu ra
Hỡnh 25: Sơđồ giải mó Video H264/MPEG -4 Part 10 3.3.4.1. Bự chuyển động
Bự chuyển động thực hiện việc thiết lập lại cỏc khung hỡnh (frame) trờn cơ sở cỏc Vector đó nhận được, dữ liệu khung hỡnh delta đó nhận (dữ liệu khỏc nhau giữa hai khung hỡnh liờn tiếp) và hỡnh ảnh đó mó hoỏ trước đú. Vỡ vậy, nếu dữ liệu delta được nhận, thỡ dũng khung hỡnh được thiết lập lại bằng việc cộng dữ liệu khung hỡnh delta với dữ liệu từ khung hỡnh đó được giải mó trước đú trong vị trớ riờng đó được chỉ dẫn bằng Vector chuyển động đó nhận được.
3.3.4.2. Khụi phục lỗi (Error Resiliency)
Một nhiệm vụ quan trọng nhất của bộ giải mó là làm thớch hợp và khụi phục lại từ cỏc lỗi chắc chắn xảy ra, đặc biệt là khi kết nối qua cỏc liờn kết dễ xảy ra lỗi như mạng khụng dõy. Lỗi đàn hồi bao gồm ba loại kỹ thuật khỏc nhau được sử dụng khi một lỗi được phỏt hiện. Việc phỏt hiện lỗi cú thể xảy ra trong 3 trường hợp sau:
- Trong trường hợp cú một lỗi, lỗi đú thực sựđược phỏt hiện; - Trong trường hợp cú một lỗi, lỗi đú khụng được phỏt hiện; - Trong trường hợp khụng cú lỗi, bộ giải mó biết là khụng cú lỗi;
Nếu lỗi được phỏt hiện, hệ thống bộ giải mó lỗi đàn hồi cố gắng che giấu lỗi. Cỏc đặc trưng của lỗi đàn hồi cú thểđược bổ sung trong hệ thống MPEG -4 bằng việc sử
Chuơng 3: Chuẩn nộn Video MPEG -4 và ứng dụng trong truyền hỡnh trờn mạng Internet
dụng tiờu chuẩn thiết lập cỏc cụng cụđược cung cấp bằng tiờu chuẩn MPEG -4 để phỏt hiện lỗi. Cho một hệ thống MPEG -4 tương thớch, cú khả năng cựng làm việc với hệ thống MPEG -4 khỏc, nú phải tuõn theo bộ cụng cụ chuẩn hoỏ phỏt hiện lỗi. Tuy nhiờn, phương phỏp mà cỏc bộ cụng cụđược bổ sung làm tăng nơi cung cấp bộ Codec, theo cỏch đú, nú cú thể làm cho tốt hơn hoặc xấu hơn khi thiết lập cỏc thuật toỏn trong hệ thống tương thớch hoàn toàn với tiờu chuẩn MPEG -4.
1. Đồng bộ lại ( Resynchronisation)
Bộ cụng cụĐồng bộ lại cố gắng để cú thểđồng bộ lại giữa bộ giải mó và dũng bớt sau khi một lỗi hay một loạt lỗi được phỏt hiện. Nhỡn chung, dữ liệu giữa điểm đồng bộ trước bị lỗi và điểm đầu tiờn nơi mà sự đồng bộ đó được thiết lập lại, thỡ được loại bỏ. Nếu như phương phỏp đồng bộ lại cú ảnh hưởng đến việc xỏc định số lượng dữ liệu đó bị loại bỏ bởi bộ giải mó, khi đú khả năng của cỏc loại cụng cụ khỏc nhau để khụi phục dữ liệu hay để che giấu cỏc ảnh hưởng của lỗi thỡ phải được nõng cấp rất nhiều.
2. Khụi phục dữ liệu (Data Recovery)
Sau khi đồng bộ vừa được thiết lập lại, cỏc cụng cụ khụi phục dữ liệu cố gắng khụi phục lại dữ liệu thường bị mất. Cỏc cụng cụ đú khụng chỉ đơn giản là mó hoỏ đỳng cỏc lỗi, mà kỹ thuật đũi hỏi cao hơn là mó hoỏ dữ liệu cho một loại lỗi đàn hồi. Vớ dụ, một bộ cụng cụ riờng vừa được xỏc nhận bằng nhúm Video (Video Group) là mó hoỏ chiều dài biến đổi ngược RVLC (Reversible Variable Length Codes). Trong phương phỏp này, cỏc từ mó hoỏ chiều dài biến đổi được thiết kếđể đọc cả hướng tiến cũng như hướng lựi.
Hỡnh 26 minh hoạ cho vớ dụ trờn sử dụng một RVLC được chỉ ra trong hỡnh dưới đõy. Nhỡn chung, trong một tỡnh huống như vậy, nơi mà một sự tăng vọt của cỏc lỗi làm sai lạc một phần của dữ liệu, tất cả dữ liệu giữa hai điểm đồng bộ cú thể bị mất. Tuy nhiờn, được chỉ ra trong hỡnh 26, một RVLC làm cho một vài dữ liệu được khụi phục. Chỳ ý đến cỏc thụng số QP và HEC trong hỡnh sau thể hiện cỏc trường dành riờng (Field Reserved) trong phần đầu header gúi video cho thụng số lượng tử hoỏ và mó hoỏ mở rộng header, theo thứ tựđịnh sẵn.
Chuơng 3: Chuẩn nộn Video MPEG -4 và ứng dụng trong truyền hỡnh trờn mạng Internet
Hỡnh 26: Vớ dụ về Mó hoỏ chiều dài biến đổi ngược
3.3.5 So sỏnh hiệu quả mó hoỏ của H264/MPEG Part 10 với cỏc tiờu chuẩn trước đú trước đú
Qua quỏ trỡnh tỡm hiểu kỹ thuật mó hoỏ của H264/MPEG Part 10 và của MPEG-2, ta thấy một sốưu điểm của H264/MPEG Part 10 so với MPEG-2 là:
• Dựđoỏn hệ số AC/DC mà ở đú cỏc hệ số Macro-Block được dựđoỏn từ cỏc hệ số trong cỏc Macro-Block bờn cạnh và từ một số dữ liệu trong bản thõn Macro-Block . Việc giải mó Macro-Block phải thay đổi khỏc với thuật toỏn dũng bớt đơn giản trước đú đểđưa vào một số tớnh toỏn cho mỗi hệ số.
• Cỏc cụng cụ toỏn học mới như CAVLC và CABAC cho sự cải thiờn đỏng kể trong mó hoỏ Entropy.
• Trong khi bự chuyển động trong MPEG-2 Part 2 được hạn chếđến nội suy hai chiều ẵ pixel thỡ H264/MPEG Part 10 cho phộp cỏc Vector chuyển động chớnh xỏc đến ẳ pixel và sau đú dựng nội suy nhiều chiều(Bi-cubic). Nội suy nhiều chiều tạo ra sự thớch hợp hơn cho Macro-Block , do vậy giảm năng lượng được lưu trong ảnh lỗi, làm giảm số bớt cần phải mó hoỏ. Tuy nhiờn nội suy nhiều chiều đũi hỏi nhiều thuật toỏn hơn, sự phức tạp thực hiện bự chuyển động cao hơn.
• Việc dựng bộ lọc tỏch khối ở cả hai phớa bộ mó hoỏ và bộ giải mó làm giảm sự khụng liờn tục ở cỏc biờn của khối do cỏc hệ số chất lượng khỏc nhau được sử dụng cho cỏc khối cạnh nhau gõy ra. Điều này làm giảm nhiễu khối thường thấy trong mó hoỏ MPEG-2 tốc độ bớt thấp vỡ nú nằm trong vũng bự chuyển động, bộ mó hoỏ và bộ giải mó vẫn cũn trong sựđồng bộ. Cụng cụ này cú ảnh hưởng đến tớnh phức tạp của bộ mó hoỏ và bộ giải mó vỡ số biờn khối và cũng vỡ thực tế là bộ lọc tỏch khối cũng khụng thểđược thực hiện như một module riờng biệt.
Chuơng 3: Chuẩn nộn Video MPEG -4 và ứng dụng trong truyền hỡnh trờn mạng Internet
• Kớch thước khối thay đổi từ 16 x 16 xuống cũn 4 x 4. Khi kớch thước khối giảm cung cấp độ lợi mó hoỏ mà khụng cú sự tăng đỏng kể tớnh phức tạp.
• Cỏc Header tương đối lớn trong MPEG-2(trong Sequence, Picture, Slice ) để biểu diễn một OverHead cốđịnh trong dũng dữ liệu. OverHead này là khụng đỏng kể trong tốc độ 6 Mb/s nhưng ở tốc độ vài trăm Kb/s thỡ chỳng dễ nhận thấy. Vỡ vậy H264/MPEG Part 10 thực hiện cỏc Header hiệu quả hơn.
Qua quỏ trỡnh thực nghiệm đó cho rằng sự tiết kiệm tốc độ bớt trung bỡnh của H264/MPEG Part 10 so với MPEG-2 là khoảng 65%. Như vậy hiệu quả của nộn H264/MPEG Part 10 tăng lờn đỏng kể.
Hiệu quả nộn tăng của H264/MPEG Part 10 tạo ra cỏc phạm vi ứng dụng và cỏc cơ hội kinh doanh mới
Kết luận
KẾT LUẬN
Khoỏ luận “Cỏc chuẩn nộn và ứng dụng truyền Video trờn mạng Internet” đó đạt được một số kết quả sau:
Nờu lờn được thế nào là truyền hỡnh trờn mạng Internet và cỏch thức truy cập để xem được cỏc chương trỡnh truyền hỡnh.
Tỡm hiểu được nguyờn tắc chung trong việc nộn tớn hiệu video của nhúm MPEG là nộn trong ảnh và nộn liờn ảnh kết hợp với dự đoỏn bự chuyển động- đầy là sự khỏc biệt so với cỏc chuẩn nộn JPEG, M-JPEG… trước đú. Và trong tập hợp cỏc chuẩn nộn MPEG, mỗi chuẩn nộn khỏc nhau cú một nhiệm vụ khỏc nhau được đặt ra.
Với MPEG-1 nhiệm vụ là mó hoỏ õm thanh và hỡnh ảnh để lưu trữ trong cỏc thiết bị lưu trữ như: CD-ROM, đĩa quang… sử dụng định dạng trung gian cho nguồn tớn hiệu là SIF để phự hợp với mỗi hệ thống quột truyền hỡnh khỏc nhau hiện nay.
MPEG -2 kế thừa tất cả cỏc tiờu chuẩn của MPEG -1 và mục đớch nhằm hỗ trợ cho việc truyền Video số, MPEG -2 chia ảnh thành cỏc Macro-Block và sử dụng phương phỏp nộn trong ảnh với ảnh I và nộn liờn ảnh kết hợp dựđoỏn bự chuyển động với cỏc ảnh P và ảnh B. Tỷ số nộn của MPEG -2 tốt hơn nhiều so với MPEG -1.
MPEG -4 với nhiệm vụ là nhằm phỏt triển cỏc chuẩn xử lý, mó hoỏ và hiển thị ảnh động, audio và cỏc tổ hợp của chỳng. MPEG -4 khỏc so với MPEG -2 là trong một khung hỡnh thỡ nú khụng mó hoỏ toàn bộ khung hỡnh mà nú miờu tả từng đối tượng riờng rẽ và sau đú mới mó hoỏ từng đối tượng đú. MPEG -4 chia cỏc Macro-Block thành cỏc Block nhỏ hơn. Trong khi bự chuyển động trong MPEG-2 Part 2 được hạn chế đến nội suy hai chiều ẵ pixel thỡ H264/MPEG Part 10 cho phộp cỏc Vector chuyển động chớnh xỏc đến ẳ pixel và sau đú dựng nội suy nhiều chiều(Bi-cubic). Và cũn nhiều điểm ưu việt khỏc nữa. Do đú hiệu quả nộn của chuẩn nộn MPEG -4 tốt hơn so với MPEG -2.
MPEG -7 là một chuẩn dựng để mụ tả cỏc nội dung Multimedia, chứ khụng phải là một chuẩn cho nộn và mó hoỏ audio/ảnh động như MPEG-1, MPEG-2 hay MPEG-4. MPEG-7 sử dụng ngụn ngữ đỏnh dấu mở rộng XML(Extansible Markup Language) để lưu trữ cỏc siờu dữ liệu Metadata, đớnh kốm timecode để gắn thẻ cho cỏc sự kiện, hay đồng bộ cỏc dữ liệu.
Với nhiều tớnh ưu việt như trờn, một hướng đặt ra là: liệu MPEG -4 cú thể sử dụng cho việc lưu trữ như MPEG -1 hay dựng trong cụng nghệ truyền hỡnh số như MPEG -2. Thực tế cho thấy, ngoài cỏc ứng dụng trờn mụi trường mạng núi chung và truyền hỡnh tương tỏc núi riờng – theo APB(04/2004)- cỏc Đài Truyền hỡnh Nhật Bản như NHK, TBS, NTV TV Asahi và TV Tokyo đó chớnh thức chấp nhận đưa chuẩn
Kết luận
H264/MPEG Part 10 cho phỏt súng số mặt đất, cho thu di động, đõy cũng là một khả năng trong những khả năng cũn tiềm ẩn trong chuẩn mó hoỏ và trỡnh diễn video của H264/MPEG Part 10. Do vậy, đề tài này cú thể nghiờn cứu bước tiếp theo là nghiờn cứu ứng dụng H264/MPEG Part 10 cho truyền hỡnh số và cho thu di động hay cú thể cải tạo chất lượng truyền hỡnh Internet để đạt được chất lượng hỡnh ảnh tốt như truyền hỡnh số hiện nay.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đinh Quốc Tuấn - Đề tài nghiờn cứu khoa học cấp nghành “Truyền hỡnh trờn mạng Internet và giải phỏp cung cấp chương trỡnh VTV qua mạng Internet ”,
Trung tõm tin học và Đo lường – ĐTHVN, Hà Nội – 7/2004.
[2] Đỗ Hoàng Tiến, Vũ Đức Lý - Truyền hỡnh số, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội – 2001.
[3] Ngụ Thỏi Trị - Truyền hỡnh số, Hà Nội – 2002.
[4] Nguyễn Minh Hồng – Chuyờn đề “Chuẩn nộn MPEG -4 và khả năng ứng dụng trong truyền hỡnh”, Trung tõm Tin học và Đo lường – ĐTHVN,Hà Nội-1/2001. [5] Nội san Khoa học Kỹ thuật Truyền hỡnh – cỏc số trong cỏc năm từ 2001-2005. [6] H.264 & IPTV Over DSL – White Paper On H264/MPEG-4 -2004,
http://www.envivio.com.
[7] Hantro Products Oy, Oulu, Finland “ MPEG4 Codec Overview ” 1 ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N4030 March 2001- http://www.hantro.com
[8] Josộ M. Martớnez (UAM-GTI, ES) ,“MPEG-7 Overview“- ISO/IEC JTC1/SC29/WG11N5525 Pattaya, March 2003 - http://www.mp7c.org/
[9] Ralf Schọfer, Thomas Wiegand and Heiko Schwarz - “The emerging H.264/AVC Standard “- EBU TECHNICAL REVIEW– January 2003
[10] Soon-kak Kwon, A. Tamhankar, K.R. Rao - “Overview of H.264 / MPEG-4 Part 10 ” http://www.mpeg.org.
[11] Thomas Wiegand, Gary J. Sullivan, Gisle Bjontegaard, and Ajay Luthra “Overview of the H.264 / AVC Video Coding Standard ” - IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY, JULY 2003.