ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Quang Sang NGHIÊN CỨU PHÁT TRIÊN CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG MÃ HÓA VIDEO CHO CHUẨN H.266/VVC NGÀNH LUẬN VĂN THẠC SĨ THONG CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIÊN Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông HÀ NỘI - 2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Quang Sang NGHIÊN CỨU PHÁT TRIÊN CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG MÃ HÓA VIDEO CHO CHUẨN H.266/VVC NGÀNH LUẬN VĂN THẠC SĨ THÔNG CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - VIỄN Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thông Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Hoàng Văn Xiêm HÀ NỘI - 2022 LỜI CAM ĐOAN Toi xin cam đoan đề tài “NGHIÊN CỨU PHÁT TRIÊN CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU NĂNG MÃ HÓA VIDEO CHO CHUẨN H.266/VVC” do PGS.TS Hoàng Văn Xiêm hướng dẫn là công trình nghiên cứu của tôi Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong luận văn này đều trung thực và không sao chép từ công trình của người khác Tất cả các tài liệu tham khảo sử dụng trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc và tên tác giả Nếu có sai sót, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả Nguyễn Quang Sang LỜI CẢM ƠN Em xin bày tổ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS Hoàng Văn Xiêm đã luôn tận tình hỗ trợ em về kiến thức, phương pháp học tập, nghiên cứu để hoàn thành Luận văn này Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô Khoa Điện tử Viễn thông, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giảng dạy cho em những kiến thức quý giá, dành cho em những điều kiện tốt nhất trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện Luận văn Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển khoa học và công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) trong đề tài mã số 102.01-20201ã Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè đã luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ con trong suốt thời gian qua Tình cảm của mọi người là niềm khích lệ to lớn giúp con có được thành quả như ngày hôm nay Trong quá trình thực hiện Luận văn, do thời gian, kiến thức và điều nên không tránh khỏi thiếu sót, rất kiện nghiên cứu còn một số hạn chế người đọc để tác giả có thể tiếp tục mong nhận được ý kiến đóng góp từ phát triển đề tài này Hà Nội, tháng 8 năm 2022 Nguyễn Quang Sang Mục lục Danh sách hình vẽ i Danh sách bảng ili Danh mục thuật ngữ viết tắt iv Mở đầu vi Chương 1ˆ Giới thiệu chung 1 11 Datvandé 2 00 1 12 Nhiệm vụ nghiên cỨUu 2 1.3 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 2 14 Đóng gốp của luận văn 3 15 Cấu trúc của luận văn .c.u 3 16 Kétluanchuong 0.000000 een 4 Chương 2 Tổng quan về mã hóa video và chuẩn H.266/VVC 5 2.1 Maéhoavideo 0.0.0.0 0.000000 00088 o 2.1.1 Tổng quan vềmãhóavideo 5 2.1.2 Cấu trúc chung của một bộ mã hóa video 7 2.2 Chuan ma hda video H.266/VVC 8 2.2.1 Kiến trúc bộ mã hóa VVC 8 2.2.2 Phân vùng trong VVC 8 2.2.3 Phân mảnh trong VVC 9 2.2.4 Đơn vị mã hóa, đơn vị dự đoán, đơn vị biến đổi (CU, PU,TU) c 10 2.2.0 Dự đoán nội khung (Intra Predicion) 12 2.2.6 Dự doán liên khung (Inter Prediction) 15 2.2.7 Biến đổi và lượngtửhóa 19 228 MahoaEntropy 08 20 23 Kết luận chương 20 Chương 3 Các giải pháp cải thiện chuẩn mã hóa video H.266/VVC 22 3.1 Các nghiên cứu liên quan 23 3.2 Cái thiện mô hình phân vùng hình ảnh 24 3.2.1 Quy trình phân chia đơn vị mã hóa (CU) trong H.26/VVC 24 3.2.2 Đề xuất phương pháp giảm thời gian giảm thời gian phân vùng hình ảnh trong chuẩn H.266/VVC 26 323 Kiểm thử và đánh giá 30 3.3 Cai thiện mô hình dự đoán nội khung 32 3.3.1 Quan sát và nhận xết 32 3.3.2 Dề xuất phương pháp giảm thời gian dự đoán nội khung cho chuẩn H.266/VVC_ 35 3.3.3 Kiểm thử và đánhgiá 36 3.4 Cái thiện mô hình dự đoán liên khung 40 3.41 Thuật toán tìm kiếm nhanh TZ-Search trong chuẩn H.266/VVC 0 ee 40 3.4.2 Đề xuất phương pháp giảm thời gian dự đoán liên khung cho chuẩn H.266/VVC 3.4.3 Kiểm thử và đánh giá 3.0 Cải thiện mô hình dự đoán liên khung trong mã hóa video li@n 0 aa 3.5.1 Mã hóa video lên lốp 3.5.2 Kỹ thuật nội suy hình ảnh 3.5.3 Dề xuất phương pháp nâng cao hiệu năng mã hóa video liên lớp chuẩn H.266/VVC sử dụng kỹ thuật nội suy hình ảnh 3.5.4 Kiểm thử và đánh giá 36 Kết luận chương Ặ Kêt luận 56 Danh mục các công bõ liên quan đền Luận văn 58 Tài liệu tham khảo 59 Danh sách hình vẽ 1.1 Lịch sử phát triển của các chuẩn mã hóa video [30] 2 2.1 Mô hình chung của bộ mã hóa và giải mã hóa video (CODEC) 6 2.2 Tính tương quan về không gian và thời gian trong một video 6 2.3 Cấu trúc chung của một bộ mã hóa video - 7 2.4 Kiến trúc bộ mã hóa video H.266/VVC [13| 8 2.9 Phan chia CTU trong VVC 0.020.020 0002022 eee 9 2.6 Phan manh trong VVC [13] 2 ee 10 2.7 Cấu trúc cay chia tu (quad-tree), 2 2 ee ee 11 2.8 Các kiểu phân chia khối hình mới trong VVC 11 2.9 Ví dụ về phân chia khối hình trong VVC và HEVC 12 2.10 Các chế độ dự đoán nội khung trong VVC [13] 13 2.11 Ước lượng chuyển động trong dự đoán liên khung .- 16 2.12 Ứng viên không gian, thời gian của tập AMVP 17 2.13 Cơ chế cập nhật bảng các ứng viên HMVP 17 2.14 Ví dụ về sự sai khác của khung hình 18 3.1 Các chế độ phân chia theo cấu trúc cây đa loại 25 3.2 Ví dụ về một trường hợp đặc biệt của cấu trúc cây đa loại 25 3.3 Mô hình mạng nơ-ron tích chập EEH-CNN [33] 26 3.4 Thuật toán giảm thời gian phân vùng hình ảnh sử dụng mạng nơ-ron tích 3.9 Khung hình đầu tiên của các chuỗi video kiểm thử thuật toán giảm thời gian phân vùng hình ảnh [8Ì .SỐ SỐ 30 3.6 Các chuỗi video sử dụng trong thí nghiệm thống kê tần suất lựa chọn hướng dự đoán nội khung tối ưu |8| .- - 33 3.7 Các chế độ dự đoán sử dụng cho CU có kích thước nhỏ hơn 8 x8 35 3.8 Thuật toán giảm thời gian dự đoán nội khung cho chuẩn H.266/VVC 36 3.9 Khung hình đầu tiên của các chuỗi video kiểm thử thuật toán giảm thời gian dự đoán nội khung |8] Ặ.Ặ Ặ 38 3.10 Lưới tìm kiếm trong thuật toán TZ-Search |3l] 41 3.11 Tìm kiếm Raster trong thuật toán TZ-Search 41 3.12 Đề xuất thay đổi vùng tìm kiếm cho thuật toán TZ-Search 43 3.13 Khung hình đầu tiên của các chuỗi video kiểm thử thuật toán giảm thời gian dự đoán liên khung [2] Ặ Ặ.QẶ Q.QẶSẶo 45 3.14 Mã hóa / Giải mã hóa video khả chuyển cho các thiết bị khác nhau 47 3.15 Hệ thống mã hóa video liên lớp 48 3.16 Kỹ thuật nội suy hình ảnh .Ặ ẶQ Ặ ẶẶVỤ 49 il Danh sách bảng 2-1 Các phép biến đổi được sử dụng trong VVC 3-1 Đặc tính các chuỗi video kiểm thử thuật toán giảm thời gian dự đoán nội khung Ặ ee Kết quả kiểm thử thuật toán giảm thời gian phân vùng hình ảnh Tần suất được chọn của các chế độ dự đoán nội khung Đặc tính các chuỗi video kiểm thử thuật toán giảm thời gian dự đoán nội khung 2 QC Q Q LH ng kg TT TY va Kết quả kiểm thử thuật toán giảm thời gian dự đoán nội khung Kết quả kiểm thử thuật toán giảm thời gian dự đoán liên khung Đặc tính các chuỗi video kiếm thử thuật toán cải thiện hiệu năng mã hóa video lên lốp 2 L Q LH HQ HQ TT sa 3-6 Hiệu năng mã hóa và thời gian xử lý của các bộ mã hóa video liên lớp 11