CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NÉN NỘI KHUNG TRONG CHUẨN H.264
I. Tổng quan về nén và giải nén theo chuẩn H.264
2. Sơ đồ nén và giải nén video trong H.264
Trong sơ đồ nén và giải nén ở hình 2.5, bộ mã hóa thực hiện việc nén video thành dòng bít. Dòng bít này có thể được lưu trữ hoặc gửi đi. Việc nén video gồm các giai đoạn chính là: mã hóa dự đoán, biến đổi và mã hóa entropy. Bộ giải mã thực hiện việc giải nén dòng bít thành video. Việc giải nén bao gồm các giai đoạn chính nhƣ giải mã entropy, biến đổi ngƣợc, và tái tạo video…
Hình 2.5: sơ đồ nén và giải nén của H.264 [4]
Môt cách cụ thể hơn, quá trình nén và giải nén video đƣợc thể hiện qua việc nén và giải nén mỗi frame nhƣ sơ đồ trong hình 2.6. Theo đó, một frame A nào đó được đưa vào bộ mã hóa để nén và thu được một đoạn tương ứng của dòng bit nén.
Bộ mã hóa thực hiện việc tái tạo lại frame từ đoạn bit này và thu đƣợc frame A’.
Frame A’ được lưu trữ vào một vùng nhớ đệm nhằm phục vụ cho việc mã hóa dự đoán các frame tiếp sau. Vùng nhớ đệm này gọi là coded picture buffer (CPB). Khi nhận đƣợc dòng bít nén của video, bộ giải mã thực hiện việc giải nén, tái tạo mỗi frame từ dòng bít. Từ đoạn bit tương ứng vời frame A, bộ giải mã tái tạo được frame A’. Frame A’ đƣợc đƣa ra trình chiếu, đồng thời một bản sao của nó đƣợc đưa vào lưu trữ trong một vùng nhớ đệm gọi là decoded picture buffer (DPB) nhằm phục vụ cho việc giải nén các đoạn bit tương ứng với các frame tiếp theo. Hình 2.6 mô tả quá trình nén và giải nén một cách sơ lƣợc với đơn vị là frame, nó không chỉ rõ các khối điểm ảnh trong frame đƣợc mã hóa, giải mã nhƣ thế nào. Vì thế cần có các sơ đồ mô tả chi tiết hơn. Đó là các sơ đồ trong hình 2.7 và 2.8.
Hình 2.6: sơ đồ nén và giải nén theo đơn vị frame trong chuẩn H.264 [4]
Hình 2.7 mô tả một bộ mã hóa video. Quá trình mã hóa diễn ra lặp lại với mỗi frame. Frame đƣợc chia ra thành các macroblock (MB). Mỗi MB lại có thể đƣợc chia ra thành các khối điểm ảnh nhỏ hơn gọi là submacroblock. Với mỗi khối điểm ảnh (block), bộ mã hóa thực hiện việc mã hóa dự đoán để tạo ra một block dự đoán.
Tiếp đó, một block sai khác (residual MB, residual submacroblock) đƣợc hình thành bằng cách lấy block hiện hành trừ đi block dự đoán.Block sai khác này đƣợc biến đổi, lƣợng tử hóa, và mã hóa entropy. Mặt khác, từ kết quả của việc biến đổi, lƣợng tử hóa block sai khác, tiến trình lƣợng tử hóa ngƣợc, biến đổi ngƣợc đƣợc thực hiệnđể thu đƣợc một block sai khác tái tạo. Blocksai khác tái tạo đƣợc kết hợp với block dự đoán để thu đƣợc một block tái tạo. Các block tái tạo đƣợc dùng cho việc mã hóa nội khung của block tiếp theo, đồng thời tạo nên frame tái tạo đƣợc dùng làm frame tham chiếu cho việc mã hóa các frame sau.
Có hai hình thức mã hóa dự đoán là mã hóa nội khung (intra-coding) và mã hóa liên khung (inter-coding). Mã hóa nội khung khai thác đặc điểm các khối điểm ảnh gần nhau trong cùng một frame thì tương đối giống nhau. Do đó, với mỗi block, có thể dự đoán nó từ những giá trị trong các khối lân cận. Mã hóa liên khung khai thác đặc điểm các frame liên tiếp nhau thường sai khác nhau không nhiều.Với mã hóa liên khung, mỗi khối điểm ảnh của frame đang đƣợc mã hóa sẽ đƣợc tìm cho một khối điểm ảnh phù hợp nhất với nó tại một frame tham chiếu.
Hình 2.7 sơ đồ một bộ mã hóa video [5]
Tại bộ giải mã, nhƣ thể hiện trong hình 2.8, tiến trình giải mã entropy, lƣợng tử hóa ngƣợc, biến đổi ngƣợc đƣợc thực hiện để tái tạo block sai khác (decoded residual MB..). Cùng với đó là sự thực hiện tiến trình dự đoán để tạo ra block dự đoán từ block đã giải mã trong cùng một frame (với giải mã nội khung) hoặc trong frame tham chiếu đã giải mã trước đó (với giải mã liên khung). Block dự đoán và block sai khác đƣợc kết hợp với nhau để tạo ra một block mới (decoded MB). Các block mới này đƣợc sử dụng cho việc giải mã nội khung của các block sau, đồng thời tạo ra frame đã giải mã. Frame đã giải mã có thể được đưa ra trình chiếu và lưu trữ vào bộ nhớ đệm phục vụ cho việc giải mã các P, B frame…
Hình 2.8: sơ đồ một bộ giải mã video [4]