TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ******************************* BÀI TẬP LỚN MÔN : XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN_IT5620 Đề tài : Nén ảnh Video theo chuẩn MPEG -1 Lớp : Truyền thông mạng máy tính Học Viên Nguyễn Thanh Quân Mã số : CB140336 Trần Sơn Tùng Mã số : CB140340 Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS.Nguyễn Thị Hoàng Lan HÀ NỘI , 5/2015 MỤC LỤC Giới thiệu chuẩn MPEG Chuẩn nén video ảnh MPEG Đặc điểm nén theo chuẩn MPEG-1 3.1 Đặc điểm nén chuẩn MPEG-1 3.2 Sơ đồ nén MPEG-1 Khảo sát ứng dụng nén MPEG-1 4.1 Ứng dụng nén MPEG-1 4.2 Khảo sát nén Kết Luận Tài liệu tham khảo Phân chia công việc Bài tập lớn Học Viên : Nguyễn Thanh Quân – CB140336 - Tìm hiểu chung phương pháp nén MPEG - Tìm hiểu đặc điểm nén chuẩn MPEG-1 - Giải thích sơ đồ nén chuẩn MPEG-1 Học Viên : Trần Sơn Tùng – CB140340 - Khảo sát ứng dụng thực tế nén MPEG-1 - Thử nghiệm, đánh giá hiệu nén giải pháp nén MPEG-1 cụ thể Giới thiệu Sự phát triển công nghệ video số năm 1980 cho phép nén video số nhiều ứng dụng truyền thông : Hội nghị đa phương tiện, máy ảnh kỹ thuật số, webcam, phim ảnh trực tuyến … Một dòng tín hiệu video tương tự bình thường, chưa nén (khi số hóa theo chuẩn CCIR 601) phải sử dụng 165Mbps (megabits giây) băng thông Các công nghệ nén video phát triển để làm giảm lượng băng thông phải sử dụng Tăng mức độ nén làm giảm chất lượng ảnh Ta cần phải cân việc làm giảm kích thước ảnh bảo toàn chất lượng ảnh Nhiều chuẩn nén ảnh video đời để đảm bảo cân Chuẩn nén MPEG (Motion Picture Experts Group) đời năm 1988 đáp ứng điều Một số chuẩn MPEG kể đến như: • MPEG-1: Viết tắt chuẩn video audio nén Sau sử dụng chuẩn dành cho đĩa VCD (Video CD) chứa âm thông thường lớp (MP3) dạng âm nén • MPEG-2: Truyền tải, hình ảnh âm kênh truyền hình, quảng bá chất lượng cao Được sử dụng cho buổi phát hình ATSC, DVB ISDB, dịch vụ truyền hình kỹ thuật số vệ tinh, truyền hình cáp dành cho định dạng đĩa DVD • MPEG-4: Phát triển từ MPEG1 với hỗ trợ âm thanh, hình ảnh, “vật thể”, nội dung chiều, mã hóa bitrate thấp hỗ trợ Quản lý quyền số hóa Có vài chức (MPEG-2) với hiệu âm hình ảnh chuẩn Chứa định dạng MPEG-2 video thay thế) • MPEG-7: Chuẩn cung cấp mô tả chuẩn hóa cho phép truy cập xử lý liệu qua nội dung đa phương tiện MPEG-7 chuẩn hóa tập mô tả, tập sơ đồ mô tả, ngôn ngữ định nghĩa mô tả sơ đồ cho mã hóa mô tả Chuẩn nén Video ảnh MPEG Nhóm chuyên gia hình ảnh động (MPEG) hoàn thiện hai tiêu chuẩn mã hoá video MPEG-1 MPEG-2, xác định phương pháp truyền thông tin video số theo định dạng truyền hình đa môi trường, MPEG-4 nhắm vào việc truyền video tốc độ bit thấp; MPEG-7 đưa chuẩn hoá dịch vụ lưu trữ phục hồi video Các chuẩn nén MPEG dựa kĩ thuật đánh giá ước lượng chuyển động mã hóa, giảm độ dư thừa thời gian không gian frame liệu, phương pháp nén đạt tỉ số nén cao mà không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng Kỹ thuật bù chuyển động Trong kỹ thuật frame chia thành Macro Block Thông thường, Macro Block chứa block kích thước 16x16 cho thành phần độ chói 8x8 cho hai thành phần màu Vector chuyển động tính cho Macro Block frame tham chiếu đến frame khác Vector độ dịch chuyển Macro Block đến Macro Block có độ tương đồng cao với frame tham chiếu Macro Block vector chuyển động Vector chuyển động tìm kiếm miền giới hạn Để tìm vector chuyển động, người ta dựa vào số độ đo khoảng cách Macro Block, thông thường ta thường dùng độ đo sai số trung bình tuyệt đối (Mean Absolute Difference) Có nhiều hướng tiếp cận để tìm vector chuyển động, ta sử dụng tìm kiếm tìm kiếm logarit • • Tìm kiếm tuần tự: Duyệt toàn vị trí cửa sổ tìm kiếm, ghi nhận vector chuyển động vị trí có sai số nhỏ Phương pháp mât chi phí tính toán lớn Tìm kiếm logarit: Chi phí tính toán rẻ hơn, bước ta cần xét điểm xung quanh, từ xác định vector chuyển động Tìm kiếm logarit cho vector chuyển động Đặc điểm chuẩn nén MPEG-1 3.1 Đặc điểm chuẩn nén MPEG-1 MPEG-1 thiết kế ban đầu nhằm mã hóa ảnh động âm thành dòng bít có tốc độ audio Compact Disc Kết tạo Video-CD thay DVD Để đạt tốc độ có dòng bit thấp MPEG-1 sử dụng tỉ lệ hình ảnh từ 24-30Hz cho kết chất lượng mức trung bình Để đạt tốc độ bit , MPEG-1 giảm giảm tốc độ lấy mẫu nửa TV chuẩn Cụ thể với hệ thống 25Hz hình ảnh có kích thước 325x288 điểm ảnh, với 30Hz 352x240 điểm ảnh với định dạng CIF(common intermediate format), với tín hiệu đầu vào tín hiệu video tổng hợp, CIF nhận cách giảm tốc độ lấy mẫu dòng tích cực xuống nửa MPEG-1 hỗ trợ non-interlaced video Thông thường, chuẩn frame mà hỗ trợ là: • • NTSC: 352x240 , 30fps PAL: 352x288 , 25fps MPEG-1 MPEG nói chung đưa thêm frame B để hỗ trợ dự đoán chiều nhằm tăng thêm độ xác: • • • Mỗi Frame B có vector chuyển động Nếu hai chiều tìm MB tương ứng thích hợp vector truyền đi, sai số dự đoán tính sau lấy trung bình MBs Nếu có chiều dự đoán thành công, có vector truyền MB dự đoán theo frame tham chiếu tương ứng Một số khác biệt chủ yếu MPEG-1 so với H261: • H261 hỗ trợ CIF QCIF, MPEG-1 hỗ trợ SIF (NTSC, PAL) • MPEG-1 hỗ trợ định dạng thỏa mãn điều kiện sau: • • Một ảnh chia thành nhiều slices thay GOB H261 Sử dụng bảng lượng tử khác cho Intra Inter frame • • MPEG-1 hỗ trợ cửa sổ tìm kiếm lớn [-512, 511.5] thay [-15,15] H261 MPEG-1 hỗ trợ truy cập ngẫu nhiên nhờ có lớp GOP Tỉ số nén điển hình loại Frame MPEG-1: Dòng bit video MPEG-1 Dòng bit video MPEG-1 3.2 Sơ đồ nén MPEG-1 Quá trình nén video chuẩn MPEG-1 • Ảnh đầu vào đưa vào trừ đánh giá chuyển động • Bộ đánh giá chuyển động so sánh khối ảnh đưa vào với khối ảnh đưa vào trước lưu lại ảnh dùng để tham khảo (Frame tham chiếu) • Bộ đánh giá chuyển động tìm khối ảnh ảnh tham khảo gần giống với khối ảnh • Motion Vecter đặc trưng cho dịch chuyển theo chiều dọc ngang khối ảnh cần mã hóa so với ảnh tham khảo • Bộ đánh giá chuyển động đồng thời gửi khối ảnh tham khảo mà chúng thường gọi khối tiên đoán (Predicted macroblock) tới trừ để trừ với khối ảnh cần mã hóa (thực trừ điểm ảnh tương ứng Pixel by Pixel) chúng đặc trưng cho sai khác khối ảnh cần tiên đoán khối ảnh thực tế cần mã hóa 10 • Bộ bù chuyển động gửi khối tiên đoán (Predicted macroblock) đến trừ để tính sai số dự đoán • Sai số dự đoán biến đổi DCT sau lượng tử hóa với vector chuyển động mã hóa entropy đồng thời gửi mã VLC chuỗi bit nhị phân 11 Khảo sát ứng dụng nén MPEG-1 4.1 Ứng dụng thực tế MPEG-1 • MPEG-1 ứng dụng thiết kế CD/VCD chạy âm thanh, trình chiếu video MPEG-1 thường sử dụng tiêu chuẩn cho đĩa quang VCD Trong Thông tư số 01/2011/TT-BTTTT ngày 04/01/2011 Bộ trưởng Bộ Thông tin Truyền thông Công bố Danh mục tiêu chuẩn kỹ thuật ứng dụng công nghệ thông tin quan nhà nước quy định Khuyến nghị áp dụng tiêu chuẩn MPEG-1 xếp vào nhóm Tiêu chuẩn truy cập thông tin thường sử dụng độ phân giải 352 x 240, 352 x 288 320 x 240 Độ phân giải thấp kết hợp với tỉ lệ bitrate thấp 1,5 Mbit/s tạo dòng liệu bít thấp với thông số hạn chế Đây thông số kỹ thuật tối thiểu mà mã hóa/giải mã xử lý được, đảm bảo cân chất lượng phim ảnh hiệu sử dụng, cho phép triển khai hệ thống phần cứng có chi phí không cao • Trước có ứng dụng truyền hình, nhiên năm gần chuẩn mpeg1 không sử dụng truyền hình 12 • MP3: MPEG-I phần Âm Lớp III Thường gọi MP3, có định dạng tệp tin là(.mp3).là định dạng âm phổ biến ngành công nghiệp âm nhạc, giải trí Internet kích thước nhỏ gọn chất lượng âm tệp tin (.mp3) Định dạng âm phổ biến website nghe nhạc 13 • Trên thiết bị nghe nhạc cầm tay • Ứng dụng phát sóng truyền 14 4.2 Khảo sát nén phần mềm Lựa chọn phần mềm: Blaze Media Pro – theo đánh giá số tạp trí phần mềm nén video tốt cho hệ điều hành windows 15 • Khảo sát nén audio Kết nén sau nén file âm có dung lượng 11mb phần mềm • Khảo sát nén video Dữ liệu âm video thử nghiệm download http://mobile.vtc.vn/uploads/games/datatest.zip 16 Kết Luận MPEG-1 tiêu chuẩn nén suy hao cho âm thanh, phim ảnh MPEG-1 thiết kế để nén âm thanh, phim ảnh xuống 1.5 Mbit/s (tỉ lệ nén tương ứng 26:1 6:1) tủy số nén phương pháp nén cao, nhiên ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hình ảnh âm sử dụng phương pháp mà, MPEG -1 tiền đề để phát triển chuẩn nén tối ưu MPEG -2, , Hiện ứng dụng video MPEG -1 sử dụng nhiên nhược điểm chất lượng hình ảnh nên ựng dụng video dần áp dụng chuẩn khác Điểm trội chuẩn nén áp dụng mạnh mẽ định dạng âm (.mp3) định dạng thống lĩnh thị trường nghe nhạc trực tuyến phổ biến Tài liệu tham khảo Bài giảng môn Xử lý liệu đa phương tiện cô Nguyễn Thị Hoàng Lan http://en.wikipedia.org/wiki/H.261 http://en.wikipedia.org/wiki/MPEG1 Networked Video Surveillance and Compression Technology Link download phần mềm Blaze media pro http://download.com.vn/timkiem/Blaze+Media+PRO/index.aspx Dữ liệu âm video thử nghiệm http://mobile.vtc.vn/uploads/games/datatest.zip 17 18 [...]... cân bằng giữa chất lượng phim ảnh và hiệu quả sử dụng, cho phép triển khai trên các hệ thống phần cứng có chi phí không cao • Trước đây có ứng dụng trên truyền hình, tuy nhiên những năm gần đây chuẩn mpeg1 không còn được sử dụng trên truyền hình nữa 12 • MP3: MPEG-I phần Âm thanh Lớp III Thường được gọi là MP3, có định dạng tệp tin là(.mp3).là định dạng âm thanh phổ biến trong ngành công nghiệp âm... trường nghe nhạc trực tuyến đang rất phổ biến 6 Tài liệu tham khảo Bài giảng môn Xử lý dữ liệu đa phương tiện của cô Nguyễn Thị Hoàng Lan http://en.wikipedia.org/wiki/H.261 http://en.wikipedia.org/wiki /MPEG1 Networked Video Surveillance and Compression Technology Link download phần mềm Blaze media pro http://download.com.vn/timkiem/Blaze+Media+PRO/index.aspx Dữ liệu âm thanh và video thử nghiệm http://mobile.vtc.vn/uploads/games/datatest.zip ... truyền hình kỹ thuật số vệ tinh, truyền hình cáp dành cho định dạng đĩa DVD • MPEG-4: Phát triển từ MPEG1 với hỗ trợ âm thanh, hình ảnh, “vật thể”, nội dung chiều, mã hóa bitrate thấp hỗ trợ Quản... khai hệ thống phần cứng có chi phí không cao • Trước có ứng dụng truyền hình, nhiên năm gần chuẩn mpeg1 không sử dụng truyền hình 12 • MP3: MPEG-I phần Âm Lớp III Thường gọi MP3, có định dạng tệp... phương tiện cô Nguyễn Thị Hoàng Lan http://en.wikipedia.org/wiki/H.261 http://en.wikipedia.org/wiki /MPEG1 Networked Video Surveillance and Compression Technology Link download phần mềm Blaze media