Mỗi nhóm ảnh cần bắt đầu với một khung I, mặc dù kích thƣớc của mỗi nhóm ảnh là khác nhau, nhƣng trung bình mỗi nhóm ảnh trong IPTV có khoảng mƣời hai đến mƣời lăm khung. Mỗi cấu trúc của một nhóm ảnh thơng thƣờng có thể đƣợc miêu tả bởi hai thông số N (số ảnh trong một nhóm) và M (khoảng cách giữa các khung). Các nhóm ảnh đƣợc chia thành hai loại là nhóm đóng và nhóm mở. Với nhóm đóng, khung B cuối cùng khơng u cầu khung I đầu tiên cho nhóm ảnh tiếp
SVTH: Võ Hồng BaRi Lớp: KTVT – K48
theo để giải mã, trong khi với nhóm mở cần yêu cầu khung I cho nhóm ảnh tiếp theo. Các nhóm ảnh sau đó đƣợc kết hợp với nhau để tạo thành dịng hình ảnh. Mỗi dịng hình ảnh bắt đầu biết một đoạn mã, theo sau đó là một tiêu đề và kết thúc với một mã duy nhất.
Thứ tự các khung đƣợc truyền đi trên mạng băng rộng thì khác với thứ tự các khung trong chuối bit đầu vào của bộ mã hóa. Bởi vì, bộ giải mã trong IPTVCD cần xử lý các khung I và P trƣớc khi tạo ra khung B. Mối quan hệ tổng thể giữa các chuỗi ảnh, ảnh, các lát, các khối macro, các khối và các điểm ảnh đƣợc minh họa ở Hình 3.5.
3.2.3 Quá trình nén MPEG
Phần đầu tiên của nén bao gồm một quá trình tiền đồng bộ. Quá trình này cơ bản bao gồm việc làm giảm kích thƣớc của các khung. Làm giảm kích thƣớc của các khung chính là làm giảm số lƣợng bit, điều này cũng giúp giảm băng thơng cần thiết để truyền tín hiệu. Tuy nhiên, q trình này khơng phải khơng có trở ngại. Ví dụ, sự giảm kích thƣớc của khung có thể thƣờng xun gây ra những lỗi tỉ số cạnh (giống nhƣ sai tỉ lệ 4/3 hay 16/9) khi đƣợc thể hiện trên màn hình TV có độ phân giải thấp.
Phần hai của q trình nén tín hiệu là chia một khung ảnh ra thành các khối có kích thƣớc 8 nhân 8 điểm ảnh - khối mã hóa nhỏ nhất trong giải thuật của MPEG. Có ba loại khối là khối có độ chói Y, khối có thành phần màu đỏ Cr và khối có thành phần màu xanh Cb. Các loại khối thành phần màu mang thông tin về những màu khác nhau của hình ảnh, trong khi độ chói mang thơng tin về những phần màu đen hoặc trắng của hình ảnh.
Khi hồn thành hai phần trên, MPEG sẽ thực hiện một hàm toán đƣợc gọi là biến đổi cosin rời rạc DCT (Discrete Cosin Transform) đối với mỗi khối riêng biệt. Kết quả thu đƣợc là một ma trận hệ số 8 nhân 8. DCT sẽ biến đổi sự khác nhau về không gian thành các tần số khác nhau, nhƣng không làm thay đổi các thông tin trong khối, các khối ban đầu sẽ đƣợc tái tạo lại một cách chính xác sử dụng biến đổi
SVTH: Võ Hoàng BaRi Lớp: KTVT – K48
ngƣợc. Nguyên tắc thực hiện hàm này bao gồm việc chia các khối thành các phần tùy theo mức độ quan trọng. Những phần quan trọng sẽ đƣợc giữ nguyên cho tới bƣớc tiếp theo trong khi các phần còn lại sẽ bị giảm bớt. Điều này sẽ đảm bảo rằng mắt ngƣời không chú ý tới việc những phần không quan trọng của khối bị bỏ bớt khi tốc độ bít bị hạn chế.
Bƣớc tiếp theo trong MPEG là q trình lƣợng tử hóa. Q trình lƣợng tử hóa dữ liệu số là quá trình làm giảm số lƣợng bít của các khối. Mức lƣợng tử đối với mỗi tín hiệu hình ảnh là rất quan trọng.
Khi tất cả các khối trong khung đều đã đƣợc nén lại, MPEG sẽ ngắt các khung thành một dạng mới gồm nhiều khối gọi là khối macro. Mỗi khối macro có kích thƣớc 16 nhân 16 chứa các khối có độ chói và khối thành phần màu. Nếu có sự khác biệt giữa khung cuối cùng và khung hiện tại, các thiết bị nén MPEG sẽ chuyển những khối mới này tới một vị trí mới trên khung hiện tại. Điều này giúp không phải gửi đi những hình ảnh mới hồn tồn, do đó có thể tích kiệm băng thơng. Có hai cách thực hiện điều đó.
Thứ nhất, nén theo khơng gian là làm giảm các bít trên từng khung riêng biệt, điều này có thể đạt đƣợc do các điểm ảnh luôn đứng cạnh nhau trong các khung thƣờng có giá trị giống nhau. Do đó, thay về việc mã hóa từng điểm ảnh riêng biệt. Kĩ thuật nén theo khơng gian này mã hóa sự khác biệt giữa các điểm ảnh cạnh nhau. Số lƣợng bít cần thiết để mã hóa những khác biệt này ít hơn số lƣợng bít cần thiết để mã hóa từng điểm ảnh riêng biệt.
Thứ hai, nén theo thời gian là làm giảm các bit giữa các khung liên tục. Trong q trình sản xuất hình ảnh có những thơng tin đƣợc lặp lại giữa những khung liên tiếp. Ví dụ: nếu trên hình có một bức tƣờng, bức tƣờng vẫn xuất hiện liên tục trong 30 hình tiếp theo, mà không thay đổi (bức tƣờng đó khơng thay đổi trong vòng 1 giây), thay vì mã hóa 30 lần liên tục trong 1 giây, nên thời gian chỉ gửi đi các thông tin dự đốn chuyển động giữa những khung hình, trong trƣờng hợp của bức tƣờng trong ví dụ trên, dự đốn chuyển động đƣợc đặt bằng khơng.
SVTH: Võ Hồng BaRi Lớp: KTVT – K48
Có nhiều phuơng thức khác nhau để nén một khung hình. Ví dụ, với một khung hình có độ phức tạp cao thì cần phƣơng pháp nén có yếu tố nén theo khơng gian thấp bởi vì chỉ có một phần rất nhỏ các điểm ảnh đƣợc lặp lại. Nếu tốc độ bit có sự thay đổi lớn thì khó có thể truyền đi trong mạng IP. Vì thế, nhiều bộ mã hóa bao gồm cả chức năng đệm để có thể điều khiển và quản lý tốc độ chung mà tại đó các bit đƣợc truyền đi tới tầng tiếp theo của hệ thống sản xuất hình ảnh.
Bƣớc tiếp theo của q trình nén MPEG là mã hóa các khối macro thành các lát. Lát là một chuỗi ảnh đặt nằm ngang cạnh nhau từ trái sang phải. Nhiều lát kết hợp với nhau tạo thành một hình. Mỗi lát đƣợc mã hóa độc lập với nhau để hạn chế lỗi.
Trong hệ thống IPTV ngƣời ta sử dụng ba loại chuẩn nén MPEG (Moving Pictures Exert Group) phổ biến nhất đó là MPEG-2, MPEG-4, và H.264/AVC.
3.3 Chuẩn MPEG-2
3.3.1 Khái niệm
MPEG-2 là một công nghệ đạt đƣợc thành công lớn và là một chuẩn nén có ƣu thế vƣợt trội dành cho truyền hình số đƣợc truyền qua nhiều mạng truyền thơng băng rộng. MPEG-2 có khả năng mã hố tín hiệu truyền hình ở tốc độ 3 Mbit/s đến 15 Mbit/s và truyền hình độ nét cao ở tốc độ tới 15 Mbit/s đến 30 Mbit/s. MPEG-2 cho phép mã hố tín hiệu hình ảnh với nhiều mức độ phân giải khác nhau, chúng có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau.
Nén hình với MPEG-2 là quá trình mà các hình ảnh ở dạng cơ bản là một chuỗi các ảnh liên tục. Một khung đƣợc định nghĩa với một chuỗi bit tiêu đề. Mắt ngƣời thƣờng thấy thoải mái khi xem TV với tốc độ 25 hình/giây. Sẽ khơng có lợi nếu phát với tốc độ nhanh hơn vì ngƣời xem khơng thể nhận ra sự khác biệt. Do đó, có thể biết đƣợc dung lƣợng của những hình ảnh bằng cách nén chúng lại. Các bộ nén hình đƣợc sử dụng với mỗi khung mà vẫn giữ chất lƣợng hình ảnh cao.
SVTH: Võ Hồng BaRi Lớp: KTVT – K48
3.3.2. Cấu trúc dịng bít video MPEG-2