Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Tên đề tài : “Tổng quan chuẩn nén MPEG-4 H.264/AVC khả ứng dụng thực tiễn” GVHD : TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN MSSV : 103101088 LỚP : 03DDT2 Tp.HCM ngày tháng GVHD năm 2008 TS Trần Dũng Trình NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tên đề tài : “Tổng quan chuẩn nén MPEG-4 H.264/AVC khả ứng dụng thực tiễn” GVHD : TS TRẦN DŨNG TRÌNH GVPB : KS TRẦN DUY CƯỜNG GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN MSSV : 103101088 LỚP : 03DDT2 Tp.HCM ngày tháng GVPB năm 2008 KS Trần Duy Cường MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I CƠ SỞ VỀ NÉN TÍN HIỆU VIDEO .9 I.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA NÉN TÍN HIỆU GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang I.2 Q TRÌNH SỐ HĨA TÍN HIỆU .10 I.3 TỐC ĐỘ BIT VÀ THƠNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ 12 I.4 Q TRÌNH BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU MÀU 13 I.5 CÁC TIÊU CHUẨN LẤY MẪU TÍN HIỆU VIDEO SỐ 14 I.6 MƠ HÌNH NÉN TÍN HIỆU VIDEO 15 CHƯƠNG II CÁC KỸ THUẬT NÉN VIDEO 19 II.1 PHÂN LOẠI CÁC KỸ THUẬT NÉN 19 II.2 Q TRÌNH BIẾN ĐỔI 20 II.3 Q TRÌNH LƯỢNG TỬ 22 II.4 Q TRÌNH MÃ HĨA 24 II.5 TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ẢNH NÉN 28 CHƯƠNG III CÁC CHUẨN NÉN THUỘC HỌ MPEG TRƯỚC MPEG-4 H.264/AVC .29 III.1 GIỚI THIỆU VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT MPEG 29 III.2 CÁC TIÊU CHUẨN NÉN TRƯỚC MPEG-4 H.264/AVC 30 CHƯƠNG IV CHUẨN NÉN MPEG-4 H.264/AVC 36 IV.1 TỔNG QUAN VỀ CHUẨN NÉN MPEG-4 H.264/AVC .36 IV.2 NHỮNG ĐẶC TÍNH NỔI BẬT CỦA CHUẨN NÉN H.264/AVC .40 IV.3 KỸ THUẬT NÉN VIDEO H.264/AVC 42 CHƯƠNG V MỘT SỐ ỨNG DỤNG CHUẨN H.264/AVC .98 V.1 TRUYỀN HÌNH INTERNET IPTV 98 V.2 TRUYỀN HÌNH VỆ TINH DVB-S2 99 V.3 TRUYỀN HÌNH DI DỘNG 100 CHƯƠNG VI MƠ PHỎNG Q TRÌNH NÉN-GIẢI NÉN CỦA H.264/AVC BẰNG MATLAB .101 VI.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 101 VI.2 CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG: 102 VI.3 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 103 PHỤ LỤC 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 111 GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang H LỜI GIỚI THIỆU iện nay, sống kỷ ngun “Kỷ ngun truyền thơng đa phương tiện” thiết bị mới, kỹ thuật đời nhằm mục đích đáp ứng nhu cầu giải trí cho người ngày tốt Các ứng dụng đa phương tiện thời gian thực truyền mạng di động, mạng Internet, mạng truyền hình…ngày phát triển rầm rộ, nhà sản xuất thiết bị trọng áp dụng cơng nghệ nén tiên tiến vào thiết bị nhằm thõa mãn nhu cầu “chất lượng trung thực âm thanh, hình ảnh” người khả đáp ứng u cầu thực tế cơng nghệ Thế khơng phải nhu cầu đáp ứng cách thuận lợi, gắn liền độ phức tạp, tốn chi phí đầu tư sở hạ tầng, thiết bị đầu cuối…, ln kèm với cơng nghệ cao Bên cạnh vấn đề truyền thơng nội dung đa phương tiện gặp số khó khăn: băng thơng đường truyền, nhiễu kênh, giới hạn pin cho ứng dụng… Trong băng thơng kênh truyền phải chờ đợi cơng nghệ tương lai cải thiện, việc cải thiện giới hạn pin dường khơng đáp ứng phát triển dịch vụ tương lai, phương pháp giảm kích thước liệu kỹ thuật nén cách giải hiệu khó khăn Cho đến có nhiều kỹ thuật nén liệu đa phương tiện như: chuẩn JPEG, chuẩn JPEG2000 chuẩn MPEG… nhiên hiệu nén tiêu chuẩn chưa cao, chưa đáp ứng tốt u cầu truyền hình HDTV…cũng GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang việc lưu trữ dung lượng lớn Gần thành cơng tiêu chuẩn mã hóa MPEG-2 đánh dấu bật từ lần phóng thương mại hệ thống vệ tinh DTH vào năm 1990 thành cơng chuẩn nén MPEG-4 Part ứng dụng truyền hình số, ứng dụng đồ họa… Nhưng với u cầu mã hóa tương thích với ứng dụng tốc độ bit thấp, khơng đáp ứng hiệu Từ việc nghiên cứu khắc phục nhược điểm MPEG-2, phát triển bổ sung cho MPEG-4 Part đời chuẩn nén tiên tiến hơn, mà bật MPEG-4 H.264/AVC Nó kết hợp hồn hảo tổ chức tiếng: nhóm chun gia mã hóa video tổ chức ITU nhóm chun gia xử lý ảnh động ISO/IEC Ta thử xét ví dụ minh họa truyền hình số, sử dụng kỹ thuật nén MPEG-2 cung cấp định dạng SDTV với độ phân giải 640x480 pixel cần băng thơng 4.3Mbps kênh truyền HDTV cần 19Mbps, sử dụng chuẩn nén H.264 băng thơng cho truyền hình SDTV có 1.5 – Mbps 6-9 Mbps HDTV Chính ưu điểm mà MPEG-4 H.264/AVC chứng tỏ vị số mình, ưu việt mà chuẩn nén mang lại chắn có ảnh hưởng tích cực đến thị trường phim ảnh, ngành cơng nghiệp chế tạo thiết bị đầu cuối Để hiểu biết tiêu chuẩn nén tiên tiến này, em chọn đề tài “Tổng quan chuẩn nén MPEG-4 H.264/AVC khả ứng dụng thực tiễn” làm đề tài tốt nghiệp Sau tháng nỗ lực hết mình, Đồ án cho ta nhìn tổng qt chuẩn nén MPEG-4 H.264/AVC, đồng thời với minh họa chương trình Matlab 7.01, giúp cho ta hiểu rõ ưu điểm chuẩn nén này, nhiên có hạn chế kinh nghiệm, thời gian,…nên khơng tránh khỏi sai sót, kính mong Q Thầy Cơ, bạn bè, đồng nghiệp tham khảo đóng góp ý kiến Em xin chân thành cảm ơn TS Trần Dũng Trình bỏ chút thời gian q báu, hướng dẫn tận tình cung cấp tài liệu bổ ích q trình làm Đồ án Đồng thời xin cảm ơn Q Thầy Cơ Trường Đại Học Kỹ Thuật Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh, tận tình dạy dỗ, truyền thụ kiến thức kinh nghiệm cho em suốt bốn năm qua, cảm ơn bạn bè quan tâm, chia xẻ, đóng góp ý kiến Kính chúc Quý Thầy Cô bạn bẻ nhiều sức khỏe GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang Tp.hcm, tháng 01/2008 Sinh viên thực Nguyễn Quang Hoàng Sơn CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH BAC CA CC CIF DAB DCT DFT DPCM DS DTH DWT EOI ES Exp-Golomb FLC FMO GOP GMC HDS HDTV HEXBS ICT IDR IDCT IP ISDN Mã hóa số học nhị phân (Binary Arithmetic Coding) Mã hóa thích nghi theo nội dung (Context Adaptive) Mã xóa (Clear code) Định dạng mã hóa hình ảnh có kích thước 352 x 288 (Common Intermediate Format) Phát quảng bá âm số (Digital Audio Broadcasting) Biến đổi Cosine rời rạc (Discrete Cosine Transform) Biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform) Điều xung mã vi sai (Differential Pulse Code Modulation) Thuật tốn tìm kiểu hình thoi (Diamond Search) Biến đổi Wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform) Mã kết thúc (End Of Information) Dòng (Elemenatary Stream) Mã Exponential Golomb Mã hóa có chiều dài cố định (Fixed-Length Code) Thứ tự MB mềm dẻo (Flexible Macroblock Order) Nhóm ảnh (Group Of Pictures) Bù chuyển động tồn phần (Global Motion Compensation) Thuật tốn tìm hình thoi nằm ngang (Horizontal Diamond search) Truyền hình phân giải cao (High Definition Television) Thuật tốn tìm kiểu hình lục giác (Hexagon-Based Search) Biến đổi ngun Cosine rời rạc (Integer Discrete Cosine Transform) Ảnh làm tươi tức thời giải mã (Instantaneous Decoder Refresh Picture) Biến đổi ngược Cosine rời rạc (Inverse Discrete Cosine Transform) Giao thức Internet ( Internet Protocol) Mạng tích hợp dịch vụ số (Integrated Service Digital Network) GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang JPEG JPEG2000 LOSSLESS LOSSY MB MBAFF MC ME MMS MSE MPEG NAL NNS PCM PF MF PSNR QCIF QP RBSP RGB RLC RSVP RTP SDTV SMIL SRC TSS UMTS VCL VLC VO VOP YCbCr ISO IEC Chuẩn nén ảnh ủy ban JPEG quốc tế (Joint Photographic Experts Group) Chuẩn nén ảnh JPEG2000 Kỹ thuật nén ảnh khơng tổn hao (khơng liệu) Kỹ thuật nén ảnh có tổn hao (có liệu) Đa khối (Macroblock) Mã hóa khung mành thích nghi (Macroblock-Adaptive Frame-Field coding) Bù chuyển động (Motion Compensation) Ước lượng chuyển động(Motion Estimate) Dịch vụ tin nhắn đa phương tiện (Multimedia Messaging Services) Sai số bình phương trung bình (Mean Square Error) Nhóm chun gia nén ảnh động (Moving Pictures Experts Group) Lớp trừu tượng mạng (Network Abstraction Layer) Tìm khối gần (Nearest Neighbors Search) Điều xung mã (Pulse Code Modulation) Hệ số co dãn (Parameter Factor) Hệ số nhân(Multipy Factor) Tỷ số tín hiệu đỉnh nhiễu (Peak Signal to Noise Ratio) Định dạng hình ảnh có kích thước 176 x 144 (Quarter Common Intermediate Format) Thơng số lượng tử (Quantization Parameter) (Raw Byte Sequence Payload) Ba màu màu đỏ/Xanh/Lam (Red/Green/Blue) Mã hố dọc chiều dài (Run Length Coding) Giao thức dành riêng tài ngun mạng (Resource Reservation Protocol) Giao thức truyền tải thời gian thực (Real Time Transport Protocol) Truyền hình tiêu chuẩn ( Standard Televison) Ngơn ngữ tích hợp Multimedia đồng (Synchronized Multimedia Integration Language) Điều khiển tốc độ bit biến đổi ( Scalable Rate Control) Thuật tốn tìm ba bước (Three-Step search) (Universal Mobile Telecommications System) Lớp mã hóa Video (Video Coding Layer) Mã có chiều dài thay đổi (Variable Length Code) Đối tượng Video (Video Object) Đối tượng mặt phẳng Video (Video Object Plane) Độ chói, màu lam, màu đỏ (Luminance, Blue chrominance, Red chrominance) Tổ chức quốc tế tiêu chuẩn chất lượng (International Organization for Standardization) Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (International Electro-technical Commission) GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang JTC1 SC29 WG11 Ủy ban kỹ thuật (Joint Technical Committee 1) Ủy ban phụ 29 (Sub-committee 29) Nhóm làm việc 11( Work Group 11) LỜI MỞ ĐẦU Để sâu vào nghiên cứu chuẩn nén MPEG-4 H.264/AVC, cần nắm thuật ngữ, kỹ thuật cần thiết cho việc nén tín hiệu, ưu nhược điểm chuẩn nén trước mang lại.Vì đề tài lý thuyết, nên bước quan trọng q trình làm Đồ án tốt nghiệp tìm kiếm tài liệu tổng hợp thành chuỗi kiến thức liên tục tránh lang man yếu tố thuyết phục người tham khảo quan trọng, bên cạnh trình bày chi tiết cách thức nén, em cố gắng mơ phần ưu điểm chuẩn nén nhằm góp phần sinh động cho đề tài TỔ CHỨC ĐỒ ÁN Đồ án trình bày thành chương phụ lục Chương I: Trình bày sở nén tín hiệu video, thơng số đặc trưng tín hiệu số q trình biến đổi tín hiệu màu, phân loại ngun lý nén Chương II: Trình bày kỹ thuật sử dụng nén Video, phép biến đổi kỹ thuật mã hóa, tiêu chuẩn đáng giá chất lượng ảnh nén MSE, PSNR, MAE,SAE … Chương III: Trình bày chuẩn nén thuộc họ MPEG, cấu trúc dòng bit, ưu điểm đạt Chương IV: Cũng chương quan trọng nhất, trình bày chuẩn nén tiên tiến nay: MPEG-4 H.264/AVC, đặc tính bật kỹ thuật chuẩn nén GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang Chương V: Các ứng dụng MPEG-4 H.264/AVC thực tế tương lai Chương VI: Mơ phần q trình nén giải nén MPEG-4 H.264/AVC, mơ kiểu mã hóa tiên tiến bù chuyển động với kích thước 4x4, sử dụng bảng lượng tử vơ hướng 52 giá trị… Tuy nhiên, kinh nghiệm hạn chế, đồng thời MPEG-4 H.264/AVC kỹ thuật giai đoạn nghiên cứu phát triển, nên chắn Đồ án khơng tránh khỏi sai sót, kính mong Q Thầy Cơ, bạn bè đồng nghiệp đóng góp ý kiến nhằm hồn thiện tốt Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I I.1 CƠ SỞ VỀ NÉN TÍN HIỆU VIDEO SỰ CẦN THIẾT CỦA NÉN TÍN HIỆU Một tín hiệu video số thường chứa lượng lớn liệu, gặp nhiều khó khăn việc lưu trữ truyền băng thơng kênh truyền hạn chế Với phát triển khoa học kỹ thuật, ngày sản xuất cảm biến màu có độ phân giải lên đến 16 triệu pixel tương đương với ảnh có độ phân giải 4096x4096 pixels, thực tế ứng dụng cần độ phân giải cao dùng lại 1920x1080 pixel, để tiết kiệm khơng gian lưu trữ băng thơng kênh truyền cần nén tín hiệu Q trình nén ảnh thực thơng tin ảnh có tổ chức, có trật tự, xem xét kỹ tính trật tự, cấu trúc ảnh phát loại bỏ lượng thơng tin dư thừa, lại thơng tin quan trọng nhằm giảm số lượng bit lưu trữ truyền mà đảm bảo tính thẩm mỹ ảnh Tại đầu thu, giải mã tổ chức, xếp lại ảnh xấp xỉ gần xác so với ảnh gốc đảm bảo thơng tin cần thiết Tín hiệu video thường chứa đựng lượng lớn thơng tin dư thừa, chúng thường chia thành loại sau: + Có dư thừa thơng tin khơng gian: điểm ảnh lân cận phạm vi ảnh hay khung video, gọi thừa tĩnh bên frame + Có dư thừa thơng tin thời gian: điểm ảnh khung video chuỗi ảnh video, gọi thừa động frame GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang 10 + Có dư thừa thơng tin phổ: mẫu liệu thu từ cảm biến camera, máy quay… + Có dư thừa thống kê: thân ký hiệu xuất dòng bit với xác suất xuất khơng đồng + Có dư thừa tâm thị giác: thơng tin khơng phù hợp với hệ thống thị giác người, tần số q cao so với cảm nhận mắt người Ưu điểm việc nén tín hiệu: + Tiết kiệm băng thơng kênh truyền ( thời gian thực nhanh hơn) + Kéo dài thời giản sử dụng thiết bị lưu trữ, giảm chi phí đầu tư cho thiết bị lưu trữ + Giảm dung lượng thơng tin mà khơng làm tính trung thực hình ảnh Có nhiều phương pháp nén tín hiệu, phương pháp nén cách số hóa tín hiệu tỏ hữu hiệu thời đại, mặt làm giảm lượng thơng tin khơng quan trọng cách đáng kể, mặt khác giúp cho tín hiệu bảo mật I.2 Q TRÌNH SỐ HĨA TÍN HIỆU Q trình số hố tín hiệu tương tự, bao gồm q trình lọc trước (prefiltering), lấy mẫu, lượng tử mã hố minh họa hình I.1 Q trình lọc trước nhằm loại bỏ tần số khơng cần thiết tín hiệu nhiễu, lọc gọi lọc chống nhiễu xun kênh Aliasing I.2.1 LẤY MẪU Thực chất phép tốn rời rạc phép điều biên xung PAM thực mạch Op-amp có cực khiển strobe Nó tạo giá trị tín hiệu tương tự số hữu hạn giá trị có biến rời rạc gọi mẫu Các mẫu lấy cách gọi chu kỳ lấy mẫu Tần số lấy mẫu phải thoả mãn định lý NyquistShannon : f s ≥ f maz Trong đó: + fs tần số lấy mẫu + fmax tần số cực đại phổ tín hiệu tương tự GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang 98 CHƯƠNG V H MỘT SỐ ỨNG DỤNG CHUẨN H.264/AVC 264/AVC đánh dấu bước ngoặt lĩnh vực nén video, nhờ áp dụng kỹ thuật tiên tiến nhằm mục đích sử dụng băng thơng hiệu đem lại chất lượng ảnh cao độ trễ thấp Với kỹ thuật này, H.264/AVC giảm tốc độ bit xuống 50% so với chuẩn MPEG-2 Tuy nhiên, H.264/AVC đòi hỏi cấp độ phức tạp cao q trình mã hóa lẫn giải mã Mặc dù vậy, thử thách hồn tồn chinh phục nhờ có tiến liên tiếp khả xử lý phần mềm phần cứng Điều có nghĩa H.264/AVC ứng cử viên tiềm có khả thay MPEG-2 năm tới lĩnh vực truyền luồng Internet tốc độ bit thấp tới ứng dụng quảng bá HDTV Cinema số, truyền thơng video qua mạng Internet, truyền hình di động theo chuẩn DVB-H, truyền hình số mặt đất, truyền hình theo u cầu, tin nhắn đa phương tiện MMS… qua mạng ISDN, DSL, Wireless, LAN vệ tinh… Cơng nghệ truyền hình số ta khắc phục nhiều khuyết điểm truyền hình tương tự mở cho ta tiềm phát triển vơ rộng lớn Có thể thấy hỗ trợ mang tính chất cho hoạt động tương tác khác chủ yếu, thể tính ưu việt cơng nghệ H.264/AVC so với MPEG-2, chuẩn áp dụng rộng rãi hệ thống truyền hình Trên thực tế hãng cung cấp dịch vụ truyền thơng theo dòng đa phương tiện hỗ trợ chuẩn H.264/AVC cấu trúc hạ tầng sản phẩm triển khai mình, nhằm khắc phục nhược điểm mơ hình truyền dẫn phát sóng phát truyền hình sử dụng Các ứng dụng H.264 thực tế triển khai như: V.1 TRUYỀN HÌNH INTERNET IPTV IPTV mạng truyền hình kết hợp chặt chẽ với mạng viễn thơng Nói rộng IPTV dịch vụ giá trị gia tăng sử dụng mạng băng rộng IP phục vụ cho nhiều người dùng Các user thơng qua máy vi tính PC máy thu hình phổ thơng cộng với STB GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang 99 để sử dụng dịch vụ IPTV Đặc điểm bật IPTV dựa cơng nghệ IP có khả tương tác IPTV sử dụng chuẩn nén H.264/AVC làm giảm nửa băng thơng cần thiết để phân phối video số chất lượng DVB đầy hình đến khách hàng, giảm u cầu băng thơng truyền dẫn truyền hình số chất lượng chuẩn SDTV xuống 700 kb/s - hai nằm giới hạn vòng DSL 1.5 Mb/s H.264 mở hội giảm giá thành áp dụng giá thành điều hành so sánh với MPEG-2 H.264 nén video hiệu hơn, giảm giá thành truyền dẫn qua kết nối vệ tinh mặt đất Ở nước ta số Website cung cấp thử nghiệm chuơng trình truyền hình trực tuyến VietNamNet, Cơng ty VTC, Đài truyền hình HTV ghi nhận số lượng truy cập lớn, cho thấy sức hấp dẫn dịch vụ cơng chúng Với mạng băng hẹp truyền thống, số dịch vụ đơn giản IPTV thực Còn để triển khai thành cơng dịch vụ IPTV mạng băng rộng đóng vai trò tiên quyết, với mạng băng rộng bảo đảm cung cấp đầy đủ băng thơng theo u cầu cho dịch vụ IPTV (như truyền hình, Video, Games, v.v ) V.2 TRUYỀN HÌNH VỆ TINH DVB-S2 DVB-S2 chọn H.264/AVC cho mã hố nguồn audio video tốc độ 8Mb/s phù hợp với DVD thơng thường.Với hiệu suất sử dụng băng thơng tăng từ 30% đến 131%, số chương trình mà H.264/AVC mang lại tăng gấp ba so với việc dùng MPEG-2, ví dụ phát 21-26 chương trình SDTV 5-6 chương trình HDTV transponder 36Mhz Cơng nghệ thực cơng cụ hữu hiệu cho dịch vụ tương tác qua vệ tinh Truyền hình tương tác phương thức quảng cáo truyền hình kết hợp điểm mạnh tiếp thị trực tiếp truyền hình, qua người xem chọn mua, xem thơng tin chi tiết đơn giản qua thao tác click, xem chương trình truyền hình, người xem tham gia vao trò chơi qua hình thức gửi tin nhắn SMS …Truyền hình HDTV trở thành một sản phẩm thiết yếu gia đình Có khoảng 10 triệu hộ gia đình tồn cầu sử dụng HDTV, số dự kiến tăng lên 52 triệu vào năm GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang 100 2009 Đây thực tiện ích hấp dẫn với khán giả truyền hình Sẽ ảnh hưởng tích cực đến thị trường phim ảnh, dịch vụ quảng bá giá thấp V.3 TRUYỀN HÌNH DI DỘNG Truyền hình số tới thiết bị di động với hình nhỏ có tương tự định với truyền hình cố định Để kênh truyền hình hiển thị rõ nét với chất lượng cao thiết bị xem truyền hình di động kèm với tiện ích tương tác đặc thù, luồng tín hiệu chứa nội dung phải đóng gói, truyền tải giải mã quy trình khép kín, đồng Đầu tiên, nội dung phải tạo phù hợp với thiết bị di động có hình nhỏ, điều u cầu phải có kỹ thuật thu hình tinh tế muốn hình ảnh thể tốt hình (ví dụ dùng camera để lấy cảnh, cho hình TV lớn, cho hình di động nhỏ với thơng số kỹ thuật khác nhau) Thứ hai, cấu phân phối nội dung khác liên quan tới vấn đề sử dụng phổ tần số Thứ ba, có nhiều giao thức phân phối nội dung Và cuối cùng, khả phân phối kênh tương tác phong phú Với tốc độ bit thấp H.264/AVC cho phép tải nội dung đa phương tiện dụng cụ điện thoại, PDA, laptop, qua cơng nghệ Wireless, DAB, CDMA2000, UMTS DBV-T Mà hiệu suất nén tăng gấp đơi so với chuẩn trước Hiện truyền hình di động trở nên phổ biến nước ta với hai cơng nghệ 3G -CDMA 2000 1x EV-DO S-Fone cơng nghệ DVB-H - Nokia VTC Việt Nam nước châu Á nước thứ giới (sau Phần Lan) Nokia triển khai dịch vụ truyền hình di động Có thể hiểu nơm na THDĐ có chiều hướng, xem truyền bạn xem tivi nhà (cơng nghệ DVB-H DMB) vào mạng Internet xem tivi máy tính (Media- Flo 3G) DVB-H sử dụng mã hóa âm hình ảnh tiên tiến H.264, cho phép đến 50 kênh truyền hình liệu truyền qua DVB-H multiplex Theo Nokia, ưu điểm thiết bị tiết kiệm pin có tính mạnh mơi trường tiếp nhận khó khăn; giúp tiết kiệm chi phí cách hiệu mạng truyền hình; có dung lượng băng tần rộng cho nội dung hình ảnh, âm phong phú; sử dụng dải tần UHF, tồn cầu sử dụng cho truyền hình Ở 3G việc truyền liệu phụ thuộc vào tốc độ đường truyền mạng di động, 2G hay 2,5G khơng đủ mạnh để đáp ứng đòi hỏi đường truyền dịch vụ này, tín hiệu video u cầu băng thơng kênh truyền tương đối lớn (khoảng vài trăm kbps) Với kỹ thuật này, th bao cấp kênh trao đổi thơng tin tài ngun mạng điện thoại để trao đổi thơng tin truyền hình Chất lượng hình ảnh khơng phụ thuộc vào cự ly phát sóng kênh truyền hình hay vật che chắn (như truyền hình thơng thường) Truyền hình theo cách khơng cần phải có tần số riêng Kênh thơng tin cơng nghệ truyền hình 3G có tính chất chiều (tương tự kênh đàm thoại), kênh truyền liệu trạm thu phát gốc (BTS) cấp cho th bao Như vậy, th bao chiếm phần tài ngun thơng tin trạm BTS họ sử dụng dịch vụ, hạn chế số người dùng lúc Khi lượng người dùng lớn, để phục vụ tốt cho người sử dụng dịch vụ, bắt buộc nhà khai thác mạng phải nâng cấp hệ thống dẫn đến chi phí đầu tư GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang 101 tăng, Nạp file YUV đồng nghĩa Chuyển file YUV sang Matlab movie với phí Phân chia thành frame vụ cao Phân chia thành macroblock Dự đốn chuyển động END Tìm vector chuyển động file“lastmov” dịch Cấu trúc lại block 4x4 để tham khảo Phân chia thành block 4x4 Biến đổi ICT block 4x4 dư thừa Mở file“lastmov” CHƯƠNG VI MƠ PHỎNG Q TRÌNH NÉN-GIẢI NÉN CỦA H.264/AVC BẰNG MATLAB Lượng tử hệ số DCT VI.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT Sau làLưu qlạitrình thànhmã filehóa giải mã frame kỹ thuật H.246: “lastmov” Mã hóa Entropy Biến đổi frame từ YUV sang RGB Lưu thành file “lastmov” GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH Tái tạo lại MB từ block 4x4 SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Giải lượng tử Giải mã file“lastmov” Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang 102 VI.2 CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG: So với MPEG-2 H.264/AVC có nhiều ưu điểm bật nhiều hạn chế, nên em mơ phần cách mã hóa tiên tiến H.264/AVC sử dụng 52 bước lượng tử, sử dụng biến đổi ICT cho khối 4x4 Để hồn thành chương trình mơ này, ngồi cố gắng thân, định hướng đắn TS Trần Dũng Trình, em tham khảo số module Matlab có sẵn Web, số hàm hỗ trợ từ Matlab đặc biệt giúp đỡ anh chị cơng ty Sfone giúp em hồn thành tốt Đồ án Tuy nhiên, việc mã hóa ảnh có q nhiều cơng đoạn phức tạp, việc mã hóa tốn nhiều thời gian, u cầu xử lý tốc độ cao nên khơng thể tách riêng q trình để mơ Lượng tử hệ số DCT GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang 103 Các module mơ sau: + Hàm main : chương trình chính, gọi hàm để mã hóa, giải mã + Hàm playmov : hàm play file movie nén + Hàm plotvector : hàm vẽ vector chuyển động ảnh P ảnh B + Hàm progressbar : hàm hỗ trợ từ Matlab, dùng để minh họa tiến trình xử lý Matlab, hàm tham khảo từ trang web mathexchange.com + Hàm yuv2mov : hàm hỗ trợ từ Matlab, dùng để chuyển file YUV sang file movie Matlab, hàm tham khảo từ trang web mathexchange.com + Hàm sec2timestr : hàm hỗ trợ từ Matlab, dùng để chuyển chuỗi số sang dạng thời gian thực, hàm tham khảo từ trang web mathexchange.com VI.3 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Với giá trị QP = 31, Frame thứ ảnh foreman.yuv nén kỹ thuật H.264/AVC có dung lượng tỷ số PSNR = dB sau Còn nén kỹ thuật MPEG-2 có dung lượng tỷ số PSNR = dB sau GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Ketnooi.com diễn đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang 104 PHỤ LỤC function main() clear all; clc; fprintf('\nLUAN VAN TOT NGHIEP\n') fprintf('\nTONG QUAN VE CHUAN NEN MPEG-4 H.264/AVC VA KHA NANG UNG DUNG TRONG THUC TIEN\n') fprintf('\nGVHD : TS TRAN DUNG TRINH\n') fprintf('\nSVTH : NGUYEN QUANG HOANG SON\n') fprintf('\nMSSV : 103 101 088\n') chonf = input('\nNHAP SO LUONG FRAMES SE MA HOA = '); chonq = input('\nNHAP GIA TRI BUOC LUONG TU TRONG KHOANG 0[...]... đàn chia sẻ kiến thức, cơng nghệ Trang 30 Thuật ngữ MPEG viết tắt của cụm từ Moving Picture Experts Group là 1 nhóm chun nghiên cứu phát triển các tiêu chuẩn về h nh ảnh số và nén âm thanh theo chuẩn ISO/IEC từ năm 1988 Cho đến nay nhóm làm việc MPEG đã phát triển và phát h nh nhiều tiêu chuẩn nén cho các loại ứng dụng khác nhau, nhưng nổi bật là các chuẩn MPEG- 1, MPEG- 2, MPEG- 4, và H. 2 64/ AVC MPEG chỉ... Có thể dùng trong truyền h nh phân giải cao HDTV III.2.3 TIÊU CHUẨN MPEG- 4 Phiên bản đầu tiên của MPEG- 4 xuất hiện vào 2/1999 Cuối 1999 MPEG- 4 v2 ra đời và trở thành tiêu chuẩn quốc tế vào đầu năm 2000 So với MPEG- 1, MPEG- 2 thì MPEG- 4 có nhiều nổi bật h n như hiệu suất nén cao, vận h nh trên cơ sở nội dung… và rõ ràng có nhiều ứng dụng h n MPEG- 4 định nghĩa một tiêu chuẩn cho các ứng dụng truyền thơng... phát minh những cơng cụ mã h a tối ưu h n III.2 .4 SO SÁNH ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT CỦA CÁC CHUẨN NÉN Trong tiến trình phát triển của chuẩn nén MPEG, các chuẩn nén sau ra đời là sự kế thừa và phát triển của chuẩn trước, chính vì vậy các chuẩn nén tiên tiến h n phải có sự phân cấp, mềm dẻo để có thể đáp ứng các ứng dụng của chuẩn nén cũ Bảng sau so sánh sự khác biệt và sự tối ưu giữa các chuẩn nén thuộc h MPEG. .. hiện vào 11/1992 là chuẩn khởi đầu cho việc nén các ảnh động và đây cũng là nền tảng phát triển cho các chuẩn nén khác trong h MPEG, nó được mệnh danh là chuẩn “khởi động thiết bị số“ MPEG- 1 định nghĩa một tiêu chuẩn chuẩn mã h video và âm thanh lưu trữ trong CD-ROM, đĩa Winchester với tốc độ vào khoảng 1,5Mbit/s, độ phân giải h nh ảnh là 352 x 240 (30 frame/s) hay 352x288 (25 frame/s) Chuẩn MPEG- 1... thiểu cần thiết để truyền một phần tử ảnh sẽ khác nhau, nghĩa là độ dư thừa trong ảnh và giữa các bức ảnh sẽ phụ thuộc vào cách mã h a Entropy Do đó cần phải xem xét kỹ để chọn ra loại mã h a hiệu quả nhất CHƯƠNG II CÁC KỸ THUẬT NÉN VIDEO II.1 PHÂN LOẠI CÁC KỸ THUẬT NÉN Nén video được chia thành hai h lớn: Nén khơng tổn hao và nén tổn hao + Nén khơng tổn hao là quy trình biểu diễn các ký hiệu trong dòng... lần MPEG- 1 với độ nét cao h n và rõ h n (720 x 48 0 và 1280 x 720) cho phép mã h ở nhiều mức độ phân giải khác nhau đáp ứng cho nhiều ứng dụng như ứng dụng 2-5Mbps trong SDTV và 68Mbps trong DVD, 20Mbps trong HDTV, đặc biệt được ứng dụng trong truyền h nh số mặt đất với mỗi thiết bị khác nhau, sẽ có các bộ mã h và giải mã khác nhau nhằm giảm băng thơng đường truyền Những cải tiến của nó như sau: + Chuẩn. .. Ri j CHƯƠNG III CÁC CHUẨN NÉN THUỘC H MPEG TRƯỚC MPEG- 4 H. 2 64/ AVC III.1 GIỚI THIỆU VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT MPEG MPEG -4 H. 2 64 (2003) MPEG- 4 v1 (1998/99) MPEG- 2 (H. 262) (19 94/ 95) MPEG- 4 v2 (1999/00) MPEG- 1 (11/1992) 1993 MPEG- 4 v3 (2001) 1995 1997 1999 2000 2001 2003 2005 H nh III.1 Q trình phát triển của kỹ thuật nén MPEG qua các giai đoạn GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG H NG... đa phương tiện, các h nh ảnh, âm thanh và dữ liệu đồ hoạ và việc tái h p chúng trên thiết bị thu, hay nói cách khác nó là sự h i ngộ giữa truyền h nh và Web Đặc điểm chính của MPEG- 4 là mã h a video và audio ở tốc độ bit rất thấp Thực tế tiêu chuẩn này tối ưu ở ba ngưỡng tốc độ bit sau: + Dưới 64kbps| + Từ 64 đến 3 84 kbps| + Từ 3 84 đến 4Mbps| H n nữa một đặc điểm quan trọng của MPEG- 4 là cho phép khơi... chính thức của nó là: ISO/IEC JTC1 SC29 WG11 III.2 CÁC TIÊU CHUẨN NÉN TRƯỚC MPEG- 4 H. 2 64/ AVC Vì thời gian có h n nên trong Đồ án tốt nghiệp này, chúng ta lướt qua một số nét nổi bật nhất của 2 chuẩn MPEG- 1 và MPEG- 2, còn chuẩn nén MPEG- 4 part 2 là nền tảng phát triển của chuẩn nén H. 2 64/ AVC nên có rất nhiều điểm giống nhau sẽ được trình bày ở chương sau III.2.1 TIÊU CHUẨN MPEG- 1 Chuẩn MPEG- 1 xuất hiện... tin trong luồng bit có thể hiện thị nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào lựa chọn của người sử dụng ví dụ như tùy chọn ngơn ngữ nên mang lại hiệu suất cao h n Tuy nhiên MPEG- 4 cũng có một số nhược điểm là bộ giải mã phải có khả năng giải mã h t tất cả các luồng bit mà nó h trợ và có khả năng kết h p Do đó phần cứng bộ giải mã MPEG- 4 phức tạp h n MPEG- 2 rất nhiều Cũng chính vì vậy mà các nhà nghiên