Do sự phát triển nhanh của truyền thống đa phương tiện, các máy camera số, máy ảnh số, các phương tiện giải trí số… vì vậy có rất nhiều chuẩn nén đã được đưa ra. Hiện nay trên thế giới có 2 tổ chức chính thức đưa ra các chuẩn video được áp dụng rộng rãi trên thế giới: MPEG(Motion Picture Expert Group) và ITU(International Telecommunication Union). MPEG đưa ra các chuẩn MPEG-x, còn ITU đưa ra các chuẩn H.26x. Sau đây mô tả một số các chuẩn đó:
MPEG-1
Chuẩn cho giai đoạn đầu (MPEG-1) xác định một dòng truyền bit cho video và âm thanh nén được tối ưu hóa để phù hợp với băng thông 1,5 Mb/giây – tốc độ truyền dữ liệu của các thiết bị như CD-ROM, băng âm thanh số (DAT), các đĩa WORM (ghi một lần đọc nhiều lần), đĩa MO (đĩa từ quang) và các kênh truyền thông như ISDN và LAN. Chuẩn này bao gồm 5 phần:
• Phần hệ thống (11172-1) liên quan đến đồng bộ hóa và ghép bội thông tin nghe nhìn.
• Phần video (11172-2) đề cập đến kỹ thuật nén video.
• Phần audio (11172-3) đề cập đến kỹ thuật nén âm thanh.
• Thử nghiệm tương hợp (11172-4) được thiết kế nhằm tạo nền tảng cho các phương pháp luận để thử nghiệm các dòng truyền bit và tạo nền tảng cho các bộ giải mã để tương hợp được các phần 1, 2 và 3.
• Mã hóa phần mềm (11172-5) là phần đáp ứng cho khả năng xử lý ngày càng phát triển của máy tính giúp phần mềm có khả năng thực hiện được với 3 phần đầu của bộ chuẩn.
Thông số kỹ thuật cho phép ảnh đạt đến kích thước 4095 x 4095 với tần số độ phân giải 60 fps và tốc độ bit lên đến 100 Mb. Chất lượng hình ảnh Video đưa ra tốt, xấp xỉ với hình thức ghi video dưới dạng băng từ.
Giai đoạn 2 (MPEG-2) hiện đang được phát triển. Chuẩn này bao gồm 3 phần và các định nghĩa của 3 phần này đã được hoàn tất năm 1993. Mỗi phần sẽ do một tiểu ban xử lý:
• Phần hệ thống (13818-1) xác định dạng mã hóa cho âm thanh và video đa kênh gộp và cho các dữ liệu khác để thành một dạng phù hợp để truyền hoặc lưu trữ.
• Phần video (13818-2) là một phần tốt của MPEG-1 xác định dòng bit mã hóa cho video số chất lượng cao.
• Phần âm thanh (13818-3) xác định mã hòa âm thanh đa kênh tốc độ chậm.
Chuẩn các hệ thống MPEG-2 xác định 2 dạng dòng dữ liệu: dòng lưu thông và dòng chương trình. Dòng lưu thông có thể đồng thời mang được nhiều chương trình và dòng này được tối ưu hóa để sử dụng trong các ứng dụng nơi mà có thể xảy ra tình trạng mất dữ liệu. Dòng chương trình được tối ưu hóa cho các ứng dụng truyền thông đa phương tiện, cho việc xử lý các hệ thống hoạt động trong phần mềm, và cho khả năng tương thích được với MPEG-1. Cả hai dòng này được thiết kế với ý định hỗ trợ rất nhiều các ứng dụng. Dòng lưu thông được thiết kế để truyền tín hiệu truyền hình số và hệ thống điện thoại hình qua vệ tinh, cáp quang, ISDN, ATM,… đồng thời, dòng này cũng được thiết kế để lưu trữ được trên băng video số và trên các thiết bị khác.
MPEG-2 hỗ trợ độ các độ phân giải 720x480 và 1280x720 , tốc độ hiển thị 60 frame/s, âm thanh chất lượng tốt. Nó gần như tương thích với tất cả các chuẩn TV(NTSC, HDTV,…). MPEG-2 sử dụng trong lưu trữ dữ liệu video trên DVD-ROM, nó có thể nén 2 tiếng video với chỉ một vài Gigabytes. Tuy nhiên quá trình nén dữ liệu cần tài nguyên tính toán đủ mạnh, trong khi giải nén có thể chỉ cần khả năng xử lý không lớn lắm.
MPEG-4
Công việc nghiên cứu về chuẩn MPEG mới dùng để mã hóa các chương trình nghe nhìn với tốc độ bit rất thấp đã chính thức bắt đầu vào tháng 9/1993. Chuẩn này được biết đến với tên MPEG-4, chủ yếu về truyền hình độ rõ nét cao. MPEG-4 bao gồm các chức năng mã hóa các chương trình để truyền qua các kênh với tốc độ rất thấp (176 x 144 x 10 Hz với tốc độ bit lên tới 64 kb/giây) hay để lưu trữ được trong phạm vi dung lượng rút gọn. Thuật toán nén MPEG-4 dựa trên thuật toán nén dữ liệu trong các chuẩn MPEG-1, MPEG-2, và Apple Quicktime. Chuẩn được đưa ra vào tháng 10-1998, trong tài liệu ISO/IEC-14496.
H.261
H.261 là chuẩn nén/giải nén dữ liệu do tổ chức ITU đưa ra vào năm 1990 [9], thiết kế để nén và truyền dữ liệu video trên mạng ISDN với datarate là bội số 64kbps. Thuật toán nén dữ liệu được thiết kế cho phép đưa ra dữ liệu nén với tốc độ datarate từ 40kbps đến 2Mbps. Chuẩn hỗ trợ 2 chế độ phân giải CIF và QCIF.
H.263
H.263 là một chuẩn nén/giải nén dữ liệu Video do tổ chức ITU đưa ra đầu tiên vào năm 1995 [9]. Được phát triển từ chuẩn H.261, nó được thiết kế cho các ứng dụng video có tốc độ bitrate thấp, và với độ lớn dữ liệu nén đưa ra nhỏ(dưới 64kbps). Tuy nhiên giới hạn đó đang dần được thay thế với khả năng nén ngày càng được nâng cao, đồng thời cho phép hoạt động trên nhiều một miền lớn bitrate khác nhau.
H.263 là chuẩn được phát triển tiếp từ chuẩn H.261 đã được đưa ra trước đó, với những cải tiến mới làm tăng hiệu suất hoạt động và khả năng khắc phục lỗi.
H.263 hỗ trợ 5 chế độ phân giải: SQCIF, QCIF, CIF, 4CIF, 16CIF.
Format NTSC-based PAL-based
SQCIF 128 x 96 QCIF 176 x 120 176 x 144 CIF 352 x 240 352 x 288 4CIF 704 x 480 704 x 576 16CIF 1408 x 960 1408 x 1152 Bảng 1: Các chế độ phân giải
Với khả năng hỗ trợ cho độ phân giải 4CIF, 16CIF, H.263 đã có thể thích ứng với các ứng dụng có chỉ sổ bitrate cao.
Dưới đây là đồ thị thể hiện tương quan giữa độ nén(bit rate) và chất lượng hình ảnh(PSNR) khi áp dụng nén theo chuẩn H.263 [17] :
Hình 8: Biểu đồ thể hiện tương quan tỉ lệ nén và chất lượng hình ảnh
Hình trên thể hiện tương quan giữa bitrate và chất lượng hình ảnh của video được nén. Thí nghiệm thực hiện nén 3 đoạn Video khác nhau. Với mỗi đoạn video được quay với 2 tốc độ 10 frame/ s và 30 frame /s.
Chuẩn nén video sử dụng trong hệ thống xây dựng
Với yêu cầu có thể hoạt động trên mạng có băng thông không cao và truyền video theo phương thức trực tiếp(máy camera quay hình, sau đó nén hình và truyền ngay lập tức), vì vậy chuẩn nén video được sử dụng trong hệ thống nhóm xây dựng là chuẩn H.263