CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT MÃ HÓA VIDEO
3.5. Kết quả ứng dụng mơ hình DVB-T2 với H.265/HEVC trong thực tế
3.5.4. Kết quả thử nghiệm và nhận xét
Bảng 3.13. Kết quả cấu hình 1 thu được từ thiết bị đo R&S EFL340
Phía phát Phía thu
Kênh Tần số (MHz) Mức phát (dBm) Mức C/N (dB) Mức thu (dBuV) MER (dB) LDPCBER C/N (dB) BCHBER 25 506 -5 16 31.4 27,9 1.8E-3 16.9 2.4E-8 26 514 -5 16 31.4 26,5 1.8E-3 16.5 2.4E-8 27 522 -5 16 33.7 25,4 1.7E-3 16.1 2.4E-8 49 689 -5 16 30.5 24,2 2.3E-3 9.8 2.3E-8
Bảng 3.14. Kết quả cấu hình 2 thu được từ thiết bị đo R&S EFL340
Phía phát Phía thu
Kênh Tần số (MHz) Mứcphát (dBm) MứcC/N (dB) Mức thu (dBuV) MER (dB) LDPCBER C/N (dB) BCHBER 25 506 -5 16 31.4 27,9 1.8E-3 16.9 2.4E-8 26 514 -5 16 31.4 26,5 1.8E-3 16.5 2.4E-8 27 522 -5 16 33.7 25,4 1.7E-3 16.1 2.4E-8 49 689 -5 16 30.5 24,2 2.3E-3 9.8 2.3E-8
- Nhận thấy kết quả thu được ở bộ giải mã kênh DVB-T2 R&S EFL340 có giá trị khơng thay đổi khi thay đổi các cấu hình, các giá trị mức thu và giá trị MER ít thay đổi ở các hai cấu hình khác nhau.
- Kết quả đo được thực hiện với Tivi Samsung 4K UA55JU7500K. Tuy nhiên, có thể thấy các Tivi 4K bán trên thị trường Việt nam của các hãng Samsung và một số hãng khác đều được tích hợp bộ thu DVB-T2, bộ giải mã HEVC cho phép thu được tín hiệu HDTV phát sóng số mặt đất. Đây là một thuận lợi khi triển khai phát sóng H.265/HEVC trên hệ thống truyền hình số mặt đất.
- Kết quả thu được hiển thị trên Tivi có tích hợp giải mã kênh DVB-T2 và giải mã nguồn HEVC quan sát được khơng có hiện tượng vỡ và dừng hình.
Như vậy, đối với ứng dụng mã hóa nguồn H.265/HEVC trên hệ thống truyền hình số mặt đất, các thơng số cao tần là hồn tồn tương tự như phát sóng HDTV hay SDTV mã hóa nguồn H.264/AVC chỉ khác là số lượng chương trình trên 1 kênh mã hóa H.265/HEVC lớn hơn mã hóa nguồn H.264/AVC.
Kết luận chương 3
Trên cơ sở hạ tầng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 với mã hóa nguồn H.264/AVC, ta có thể ứng dụng nâng cấp và thay thế theo chuẩn H.265/HEVC vào hệ thống hiện có trên giải pháp và mơ hình đề xuất được đưa ra. Với mơ hình này, đảm
bảo được tiết kiệm chi phí đầu tư, lựa chọn tốc độ bit tối đa để có thể truyền tải nhiều chương trình HDTV đáp ứng với nhu cầu hiện tại và hướng tới tương lai đối với các chương trình UHDTV 4K.
Kết quả trong chương này là phân tích đánh giá chất lượng chuẩn nén video H.265 so với chuẩn nén H.264 về các đánh giá khách quan. Do tính linh hoạt của chuẩn nén mới, nên các phương pháp cho ta khả năng lựa chọn thơng số mã hóa tốt nhất cho từng ứng dụng cụ thể. Về việc giảm tốc độ bit dựa trên đánh giá khách quan cho thấy hiệu suất tăng khoảng 21,49% đối với kiểu dự đoán AI, 73,94% đối với LDP, 93,78% đối với LDB và 62,54% đối với RA và 62,59% so với H.264. Còn đối với phương pháp kiểm tra thông qua thị giác con người cũng cho thấy rằng H.265 có chất lượng vượt trội so với chuẩn nén H.264. Đồng thời cho thấy rằng chất lượng mã hóa của H.265 so với H.264 thường tăng lên đối với các video có độ phân giải cao như HD720p, 1080p và hướng tới video độ phân giải 4K và 8K.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luận văn được thực hiện theo trình tự có mối quan hệ quan hệ chặt chẽ giữa các chương. Chương 1, giới thiệu nền tảng của truyền hình số và nén tín hiệu video đồng thời giới thiệu tổng quát hệ thống truyền hình số mặt đất đang ứng dụng tại Quảng Ngãi là DVB-T2. Chương 2, tìm hiểu lịch sử phát triển của chuẩn nén H.265/HEVC và các sản phẩm liên quan đến chuẩn nén, Ngồi ra tập trung tìm hiểu và phân tích cơ bản các khâu quan trọng trong kỹ thuật nén tín hiệu video H.265/HEVC trên cơ sở đó vừa phân tích vừa so sánh với chuẩn nén H.264/AVC đang sử dụng phổ biến hiện nay để thấy rõ các điểm nổi trội ưu việt của chuẩn nén mới H.265/HEVC. chương 3, dựa trên cơ sở hạ tầng sẵn có của hệ thống DVB-T2 phát sóng số mặt đất tại Quảng Ngãi đang sử dụng chuẩn nén H.264/AVC, xây dựng mơ hình nâng cấp thay thế bằng chuẩn nén mới H.265/HEVC vào trong hệ thống sẵn có theo hướng: Tiết kiệm chi phí thay thế và nâng cấp mã khơng ảnh hưởng nhiều đến quy hoạch phủ sóng số đã đặt ra. Đồng thời, luận văn cũng thực hiện thí nghiệm và đo các thông số như SNR, MER (tỷ số lỗi điều chế), quan sát chất lượng hình ảnh.
Với các kết quả thu được đã cho thấy ưu việt mã hóa video mới H.265/HEVC, và đưa ra một số kết luận sau.
- H.265/HEVC sẽ cho chất lượng ảnh tương đương với H.264/AVC nhưng chỉ với tốc độ bit một nửa.
- H.265/HEVC sẽ cho chất lượng ảnh tốt hơn so với H.264/AVC ở cùng một tốc độ bít.
-Theo lộ trình phát triển cơng nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T2, thì chuẩn nén H.265/HEVC được thay thế H.264/AVC.
- Để nâng cấp chuyển đổi sang chuẩn H.265/HEVC dễ dàng và tiết kiệm được chi phí. Hiện nay trên thị trường có một số hãng lớn đã cho ra đời bộ mã hóa H.265 như Harmonic và Ericsson (Encoder Electra X của hãng Harmonic)
- Mặc dù đã cố gắng nghiên cứu, song do sự hiểu biết còn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự bổ sung và góp ý của q thầy cơ và đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ và chỉ bảo tận tình của Thầy giáo PGS-TSKH. Trần Quốc Chiến, cảm ơn các Thầy cô trong khoa Hệ thống thông tin-Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng đã giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.
Kiến nghị hướng phát triển đề tài
Hiện nay, tiêu chuẩn mã hóa video H.264/AVC đang thông dụng và phổ biến trong các ứng dụng. Mặc dù H.265/HEVC được công bố vào đầu năm 2013, nhưng gần đây có rất nhiều nghiên cứu để nâng cấp H.265/HEVC, cả thuật toán cho phần mềm và phần cứng. Mặt khác, trong luận văn chỉ phân tích video độ phân giải đến
HD1080p để phù hợp với phát sóng số mặt đất HD1080p cho DVB-T2. Do đó, bài tốn đặt ra là cần phải tìm ra một ý tưởng để phát triển H.265/HEVC lên tốt hơn. Vì vậy luận văn đề xuất một số hướng phát triển đề tài như: Nghiên cứu và đánh giá đối với video độ phân giải cao Ultra-HD 4K, 8K và ứng dụng trong phát sóng truyền hình số mặt đất, truyền hình cáp, và truyền hình internet; Nghiên cứu các giải pháp để cải thiện hiệu suất và giảm độ phức tạp, như là trong kỹ thuật dự đoán ảnh intra, inter hoặc một số thuật toán rate control.
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Kim Sách, “Truyền hình số có nén và Multimedia”, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, năm 2000.
[2] Nguyễn Kim Sách, “Đo-kiểm tra truyền hình tương tự và số”, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, năm 2003.
[3] M.Budagavi and V.Sze, “Design and Implementation of Next Generation Video
Coding Systems (H.265/HEVC Tutorial)”, IEEE International Symposium on
Circuits and Systems (ISCAS), Australia, June 2014.
[4] G.Sullivan, J.-R.Ohm, W.-J.Han, and T.Wiegand, “Overview of the High
Efficiency Video Coding (HEVC) Standard” IEEE Trans. On Circuits and
Systems for Video Technology, Vol. 22, No. 12, pp.1649–1668, 2012.
[5] Iain E. G. Richardson, “H.264 and MPEG-4 Video Compression -Video Coding
for Next-generation Multimedia”, The Robert Gordon University, Aberdeen, UK,
December 2003.
[6] Thomas Wiegand, “Draft ITU-T Recommendation and Final Draft International
Standard of Joint Video Specification (ITU-T Rec. H.264|ISO/IEC 14496-10 AVC)”, Joint Video Team (JVC) of ISO/IEC MPEG & ITU-T VCEG, Geneva,
Switzerland, 17 October, 2002.
[7] Vivienne Sze, Madhukar Budagavi Gary, J. Sullivan, “High Efficiency Video Coding (HEVC): Algorithms and Architectures”, Springer International
Publishing Switzerland, 2014.
[8] Byung-GyuKim, Kalyan Goswami, “Basic Prediction Techniques in Modern
Video Coding Standards”, Springer International Publishing Switzerland, 2016.
[9] Chono K, Aoki H, Wahadaniah V, Lim CS, “Proposal of enhanced PCM coding
in HEVC”, Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC), Geneva,
Mar.2011.
[10] Lan C, Xu J, Sullivan GJ, Wu F, “Intra transform skipping” Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC), Document JCTVC-I0408, Geneva, Apr. 2012. [11] Zhou M, Gao W, Jiang M, Yu H, “HEVC lossless coding and improvements”,
IEEE Trans Circuits Syst Video Technol 22(12), 2012
[12] Recommendation ITU-R BT.500-13, “Methodology for the subjective assessment
of the quality of television pictures”, International Telecommunication Union/
ITU Radiocommunication Sector, Geneva, Swizerland, 01/2012
[13] Vivienne Sze, Madhukar Budagavi, “High Throughput CABAC Entropy Coding
in HEVC”, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology 22,
[14] DigiTAG and Analysys Mason Limited, “Roadmap for the evolution of DTT-a bright future for TV”, Available from DigiTAG and Analysys Mason Limited,
2015. [Online].Available:http://www.digitag.org/wp-content/uploads/2015/01 /DigiTAG-Press-Release-09-01-15.pdf. [Accessed: 3, 2017].
[15] Nik Dimitrakopoulos, “UHD 4K end-to-end broadcasting over DVB-T2”, Regional Manager Asia for Broadcast at Rohde & Schwarz, 2014.
[16] European Broadcasting Union (EBU), “Digital Video Broadcasting (DVB): implementation guideline DVB terrestrial television services”, Frequency and
network planning aspects of DVB-T2, ITU-R BT.2254, 2012. [Online]. Available:
https://tech.ebu.ch/docs/tech/tech3348.pdf. [Accesses 4,2017]
[17] Rich Redmond and Steve Rossiter, “DVB-T and DVB-T2 Comparison and
Coverage”, Featuring GatesAir, 2011.
[18] Martin and Touradj Ebrahimi, “Comparison of compression efficiency between
HEVC/H.265”, Applications of Digital Image Processing XXXVII, September
2014.
[19] Maheshi B.Dissanayake and Dilanga L.B. Abeyrathna,“Performance Comparison
of HEVC and H.264/AVC”, Inf Process Syst, Vol.11, No.3, September 2015.
[20] European Telecommuni Standards Institute, “Digital Video Broadcasting (DVB):
Implementation guidelines for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)”, European Broadcasting Union, Technical
Specification ETSI TS 102- 831. [Online]. Available: http://www.etsi.org.
[21] Vivienne Sze and Madhukar Budagavi, “Design and Implementa/on of Next
Genera/on Video Coding Systems (H.265/HEVC Tutorial)”, Samsung ISCAS
Tutorial, 2014.
[22] H.265/HEVC Reference Software (online). https://www.hhi.fraunhofer.de/ hevc.info [23] H.265/HEVCReference Software (online).
https://hevc.hhi.fraunhofer.de/trac/hevc/browser/tags [24] H.264/AVC Reference Software (online).
http://iphome.hhi.de/suehring/tml/ [25] Video YUV Reference file (online)
PHỤ LỤC
A. Một số thiết bị mã hóa và giải mã nguồn H.265/HEVC
Hiện nay trong hệ thống truyền dẫn tín hiệu truyền hình vệ tinh band C/DVB-S2 và phát sóng số mặt đất DVB-T2 tại Đài truyền hình Việt Nam đang sử dụng mã hóa H.264/AVC của hai hãng thiết bị lớn là Harmonic và Ericsson. Đặc biệt thiết bị được thiết kế theo tích hợp modul riêng rẽ cho từng chức năng, nên đều có thể nâng cấp chuyển đổi sang chuẩn H.265/HEVC dễ dàng và tiết kiệm được chi phí.
Bộ mã hóa H.265/HEVC
Trên thị trường có một số hãng lớn đã cho ra đời bộ mã hóa H.265 như Harmonic và Ericsson :
Encoder Electra X của hãng Harmonic:
Tín hiệu video đầu vào có độ phân giải lên đến 4K/HD @ Frame Rates: 2160p @ 24, 50, 60.
Mã hóa video (4:2:0/4:2:2): MPEG-2, MPEG-4 AVC, HEVC Main 10 (4:2:0 only) Up to 1080p @ 59.94
Tín hiệu video mã hóa hỗ trợ đến độ phân giải 4K/UHD@Frame Rates: 2160p @ 50, 60.
Video Resolutions:
HD: 1920 x 1080i 25; 1920 x 1080i 29.97; 1280 x 720p 50 1280x 720p 59.94; 1920 x 1080p 50; 1920 x 1080p 59.94.
UHD (4K) (HEVC only) 3840 x 2160P 50; 3840 x 2160P 59.94
Tín hiệu audio đầu vào được mã hóa AC-3, AAC, HE-AAC (Embedded). Mã hóa H.265/HEVC với 4 lựa chọn khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích của người sử dụng.
Bảng 3.4. Đặc điểm kỹ thuật thiết bị mã hóa nguồn AVHE100 HD video encoder
Frame rate
Quét xen kẽ 60 fields/s, 59.94 fields/s, 50 fields/s
Quét liên tục 60 frames/s, 59.94 frames/s, 50 frames/s
Frame size
Quét xen kẽ horizontal (in pixels) × vertical (in pixels) (field rate in fields/s)
1920 × 1080 (60, 59.94, 50), 1440 × 1080 (50)
Quét liên tục horizontal (in pixels) × vertical (in pixels) (frame rate in frames/s)
1280 × 720 (60, 59.94, 50), 960 × 720 (50)
Tỷ lệ khung hình
Độ rộng Nếu tỷ lệ khung hình 4:3 thì black bar sẽ thêm vào bên trái và phải khung hình
16:09
Video encoding format
H.265 main profile up to level 4.1
8 bit with 4:2:0 chroma subsampling
main10 profile up to level 4.1
10 bit with 4:2:0 chroma subsampling
minimum bit rate 1 Mbit/s
A. Tính tốn tốc độ bitrate cho hệ thống DVB-T2, BW=8MHz.
Bảng B1. Tính tốc độ bít tối cho DVB-T2, FFT modes: 1k tới 32k [16]; PP1-PP4 Điều
Chế Coe rate
Scattered Pilot Pattern 1 & 2 Scattered Pilot Pattern 3&4
1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 1/4 1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 1/4 [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s] [Mbit/s]
QPSK 1/2 6.8 6.6 6.5 6.4 6.1 6 5.5 7.1 6.9 6.7 6.7 6.4 6.2 5.7 3/5 8.2 8 7.8 7.7 7.3 7.2 6.6 8.5 8.3 8.1 8 7.7 7.5 6.9 2/3 9.1 8.9 8.6 8.5 8.2 8 7.3 9.5 9.3 9 8.9 8.5 8.3 7.7 3/4 10.2 10 9.7 9.6 9.2 9 8.3 10.7 10.4 10.1 10 9.6 9.4 8.6 4/5 10.9 10.7 10.4 10.2 9.8 9.6 8.8 11.4 11.1 10.8 10.7 10.2 10 9.2 5/6 11.4 11.1 10.8 10.7 10.2 10 9.2 11.9 11.6 11.3 11.2 10.7 10.4 9.6 16- QAM 1/2 13.6 13.3 12.9 12.8 12.2 12 11 14.3 13.9 13.5 13.4 12.8 12.5 11.5 3/5 16.4 16 15.6 15.4 14.7 14.4 13.2 17.1 16.7 16.3 16.1 15.4 15.1 13.8 2/3 18.2 17.8 17.3 17.1 16.4 16 14.7 19.1 18.6 18.1 17.9 17.1 16.7 15.4 3/4 20.5 20.1 19.5 19.3 18.4 18 16.6 21.4 21 20.4 20.1 19.2 18.8 17.3 4/5 21.9 21.4 20.8 20.6 19.6 19.2 17.7 22.9 22.4 21.7 21.5 20.5 20.1 18.5 5/6 22.8 22.3 21.7 21.4 20.5 20.1 18.4 23.9 23.3 22.6 22.4 21.4 21 19.3 64- QAM 1/2 20.4 20 19.4 19.2 18.3 18 16.5 21.4 20.9 20.3 20 19.1 18.8 17.2 3/5 24.6 24 23.3 23.1 22 21.6 19.8 25.7 25.1 24.4 24.1 23 22.5 20.7 2/3 27.3 26.7 25.9 25.7 24.5 24 22.1 28.6 27.9 27.1 26.8 25.6 25.1 23.1 3/4 30.7 30 29.2 28.9 27.6 27 24.8 32.1 31.4 30.5 30.2 28.8 28.2 25.9 4/5 32.8 32.1 31.1 30.8 29.4 28.8 26.5 34.3 33.5 32.5 32.2 30.7 30.1 27.7 5/6 34.2 33.4 32.5 32.1 30.7 30.0 27.6 35.7 34.9 33.9 33.5 32 31.4 28.9 256- 1/2 27.3 26.7 25.9 25.6 24.5 24 22.1 28.5 27.9 27.1 26.8 25.6 25.1 23
QAM 3/5 32.8 32.1 31.1 30.8 29.4 28.8 26.5 34.3 33.5 32.5 32.2 30.7 30.1 27.7 2/3 36.5 35.7 34.6 34.3 32.7 32.1 29.5 38.1 37.3 36.2 35.8 34.2 33.5 30.8
3/4 41.1 40.1 39 38.6 36.8 36.1 33.2 42.9 41.9 40.7 40.3 38.5 37.7 34.7
4/5 43.8 42.8 41.6 41.1 39.3 38.5 35.4 45.8 44.8 43.5 43.0 41.1 40.2 37
5/6 45.7 44.7 43.4 42.9 41 40.1 36.9 47.7 46.7 45.3 44.8 42.8 41.9 38.6
Bảng B2. Tính tốc độ bít tối cho DVB-T2, FFT modes: 1k tới 32k [16]; PP5-PP8 Điều
Chế
Cod e rate
Scattered Pilot Pattern 5 & 6 Scattered Pilot Pattern 7 & 8 1/128 1/32 1/16 19/25 6 1/8 19/12 8 1/4 1/128 1/32 1/16 19/25 6 1/8 19/12 8 1/4 Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s Mbit/ s QPS K 1/2 7.3 7.1 6.9 6.8 6.5 6.4 5.9 7.3 7.2 7.0 6.9 6.6 6.4 5.9 3/5 8.7 8.5 8.3 8.2 7.8 7.7 7.0 8.8 8.6 8.4 8.3 7.9 7.7 7.1 2/3 9.7 9.5 9.2 9.1 8.7 8.5 7.8 9.8 9.6 9.3 9.2 8.8 8.6 7.9 3/4 10.9 10.7 10.4 10.2 9.8 9.6 8.8 11.0 10.8 10.5 10.4 9.9 9.7 8.9 4/5 11.6 11.4 11.1 10.9 10.4 10.2 9.4 11.8 11.5 11.2 11.0 10.6 10.3 9.5 5/6 12.1 11.9 11.5 11.4 10.9 10.7 9.8 12.3 12.0 11.6 11.5 11.0 10.8 9.9 16- QAM 1/2 14.6 14.2 13.8 13.7 13.1 12.8 11.8 14.7 14.4 14.0 13.8 13.2 12.9 11.9 3/5 17.5 17.1 16.6 16.4 15.7 15.4 14.1 17.7 17.3 16.8 16.6 15.9 15.5 14.3 2/3 19.5 19.0 18.5 18.3 17.5 17.1 15.7 19.7 19.2 18.7 18.5 17.6 17.3 15.9