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 năm 2008 GVHD 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 HOÀNG SƠN SVTH : NGUYỄN QUANG HOÀNG SƠN MSSV : 103101088 LỚP : 03DDT2 Tp.HCM ngày tháng năm 2008 GVPB KS Trần Duy Cường MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH LỜI MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG I CƠ SỞ VỀ NÉN TÍN HIỆU VIDEO 11 I.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA NÉN TÍN HIỆU 11 GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN I.2 Q TRÌNH SỐ HĨA TÍN HIỆU 12 I.2.1 LẤY MẪU .12 I.2.2 LƯỢNG TỬ HÓA 12 I.2.3 MÃ HÓA 13 I.3 TỐC ĐỘ BIT VÀ THƠNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN TÍN HIỆU SỐ 14 I.3.1 TỐC ĐỘ BÍT 14 I.3.2 THÔNG LƯỢNG KÊNH TRUYỀN 14 I.4 Q TRÌNH BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU MÀU 14 I.5 CÁC TIÊU CHUẨN LẤY MẪU TÍN HIỆU VIDEO SỐ 16 I.6 MƠ HÌNH NÉN TÍN HIỆU VIDEO 17 I.6.1 I.6.2 NÉN TÍN HIỆU VIDEO 17 LƯỢNG TIN TRUNG BÌNH (ENTROPY) .18 CHƯƠNG II CÁC KỸ THUẬT NÉN VIDEO 21 II.1 PHÂN LOẠI CÁC KỸ THUẬT NÉN 21 II.2 QUÁ TRÌNH BIẾN ĐỔI .21 II.2.1 ĐIỀU XUNG MÃ VI SAI DPCM 22 II.2.2 MÃ HÓA BIẾN ĐỔI 22 II.2.2.1 Biến đổi cosin rời rạc DCT .22 II.2.2.2 Biến đổi Hadamard 23 II.3 QUÁ TRÌNH LƯỢNG TỬ 24 II.3.1 LƯỢNG TỬ HĨA VƠ HƯỚNG 24 II.3.2 LƯỢNG TỬ HÓA VECTOR 25 II.4 Q TRÌNH MÃ HĨA 25 II.4.1 MÃ HÓA ĐỘ DÀI THAY ĐỔI 25 II.4.1.1 Mã hóa Huffman .26 II.4.1.2 Mã hoá mức dọc chiều dài RLC .26 II.4.2 MÃ HÓA SỐ HỌC 27 II.5 TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ẢNH NÉN 30 CHƯƠNG III CÁC CHUẨN NÉN THUỘC HỌ MPEG TRƯỚC MPEG-4 H.264/AVC 31 III.1 GIỚI THIỆU VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA KỸ THUẬT MPEG .31 III.2 CÁC TIÊU CHUẨN NÉN TRƯỚC MPEG-4 H.264/AVC 31 III.2.1 TIÊU CHUẨN MPEG-1 31 III.2.1.1 Các đặc điểm tiêu chuẩn MPEG-1 32 III.2.1.2 Cấu trúc dòng bit MPEG-1 .33 III.2.2 TIÊU CHUẨN MPEG-2 34 III.2.2.1 Các đặc điểm tiêu chuẩn MPEG-2 34 III.2.2.2 Sự khác MPEG-1 MPEG-2 35 GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HOÀNG SƠN III.2.3 III.2.4 TIÊU CHUẨN MPEG-4 36 SO SÁNH ĐẶC ĐIỂM NỔI BẬT CỦA CÁC CHUẨN NÉN 37 CHƯƠNG IV CHUẨN NÉN MPEG-4 H.264/AVC 38 IV.1 TỔNG QUAN VỀ CHUẨN NÉN MPEG-4 H.264/AVC 38 IV.1.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA MPEG-4 H.264/AVC 38 IV.1.2 CÁC PROFLIES VÀ LEVELS TRONG H.264/AVC 39 IV.1.2.1 CÁC PROFILES 39 IV.1.2.2 CÁC LEVELS 40 IV.2 NHỮNG ĐẶC TÍNH NỔI BẬT CỦA CHUẨN NÉN H.264/AVC .41 IV.3 KỸ THUẬT NÉN VIDEO H.264/AVC .44 IV.3.1 GIẢI THÍCH NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN 44 IV.3.1.1 Sơ đồ mã hóa 44 IV.3.1.2 Sơ đồ giải mã 45 IV.3.2 KHỐI NÉN THỜI GIAN 46 IV.3.2.1 Dự đoán chiều (mã hóa ảnh Prediction) 46 IV.3.2.2 Dự đốn hai chiều( mã hóa ảnh Bidiriectional Prediction) .47 IV.3.2.3 Dự đoán liên ảnh (Inter-Frame) 51 IV.3.2.4 Mã hóa ảnh SP (switching P) SI (switching I) 53 IV.3.3 KHỐI NÉN KHÔNG GIAN 54 IV.3.3.1 Chia ảnh thành MacroBlock .55 IV.3.3.2 Dự đoán ảnh (Intra-frame) .56 IV.3.3.3 Dự đoán trọng số: 62 IV.3.3.4 Kỹ thuật tiên đoán bù chuyển động ước lượng chuyển động .63 IV.3.3.5 Phép biến đổi nguyên ICT (Integer Discrete Cosin Transform) 71 IV.3.3.6 Quá trình lượng tử 75 IV.3.3.7 Quá trình giải lượng tử: 77 IV.3.3.8 Quét Zig-Zag 78 IV.3.3.9 Mã hóa xen kẽ 80 IV.3.3.10 Sắp xếp thứ tự Slice 80 IV.3.4 MÃ HÓA ENTROPY .81 IV.3.4.1 Mã hóa Entropy Exp-Golomb 82 IV.3.4.2 Mã hóa độ dài biến đổi thích nghi nội dung CAVLC 84 IV.3.4.3 Mã hóa số học nhị phân thích nghi nội dung CABAC 87 IV.3.5 BỘ LỌC TÁCH KHỐI TRONG VÒNG 89 IV.3.5.1 Nguyên tắc lọc tách khối 90 IV.3.5.2 Quá trình lọc khối 91 IV.3.6 CẤU TRÚC VÀ CÚ PHÁP CHUẨN H.264/AVC 94 IV.3.6.1 Lớp trừu tượng mạng NAL .95 IV.3.6.2 Lớp mã hóa video VCL (Video Coding Layer) .96 IV.3.6.3 Kỹ thuật FMO Data Partitioned Slices .96 IV.3.6.4 Kỹ thuật Arbitrary Slice Ordering 96 IV.3.6.5 Cấu trúc dòng bit H.264/AVC 97 CHƯƠNG V MỘT SỐ ỨNG DỤNG CHUẨN H.264/AVC .99 GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN V.1 TRUYỀN HÌNH INTERNET IPTV 99 V.2 TRUYỀN HÌNH VỆ TINH DVB-S2 100 V.3 TRUYỀN HÌNH DI DỘNG 100 CHƯƠNG VI MƠ PHỎNG Q TRÌNH NÉN-GIẢI NÉN CỦA H.264/AVC BẰNG MATLAB .103 VI.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT 103 VI.2 CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG: .103 VI.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 104 PHỤ LỤC 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 LỜI GIỚI THIỆU H iện nay, sống kỷ nguyên “Kỷ nguyên truyền thông 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 công nghệ nén tiên tiến vào thiết bị nhằm thõa mãn nhu cầu “chất lượng trung thực âm thanh, hình ảnh” người khả đáp ứng yêu cầu GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN thực tế cơng nghệ Thế nhu cầu đáp ứng cách thuận lợi, gắn liền độ phức tạp, tốn chi phí đầu tư sở hạ tầng, thiết bị đầu cuối…, kèm với công nghệ cao Bên cạnh vấn đề truyền thơng nội dung đa phương tiện gặp số khó khăn: băng thông đường truyền, nhiễu kênh, giới hạn pin cho ứng dụng… Trong băng thông kênh truyền phải chờ đợi công nghệ tương lai cải thiện, cịn việc cải thiện giới hạn pin dường không 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 yêu cầu truyền hình HDTV…cũng việc lưu trữ dung lượng lớn Gần thành công tiêu chuẩn mã hóa MPEG-2 đánh dấu bật từ lần phóng thương mại hệ thống vệ tinh DTH vào năm 1990 thành công chuẩn nén MPEG-4 Part ứng dụng truyền hình số, ứng dụng đồ họa… Nhưng với yêu 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 chuyên gia mã hóa video tổ chức ITU nhóm chuyên 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 cịn 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 công 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 GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HOÀNG SƠN tiễn” làm đề tài tốt nghiệp Sau tháng nỗ lực hết mình, Đồ án cho ta nhìn tổng quát 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 không 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 quý báu, hướng dẫn tận tình cung cấp tài liệu bổ ích q trình làm Đồ án Đồng thời xin cảm ơn Quý Thầy Cô Trường Đại Học Kỹ Thuật Công 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 Tp.hcm, tháng 01/2008 Sinh viên thực Nguyễn Quang Hoàng Sôn CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH BAC CA CC CIF DAB DCT DFT DPCM DS DTH 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) GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HOÀNG SƠN DWT EOI ES Exp-Golomb FLC FMO GOP GMC HDS HDTV HEXBS ICT IDR IDCT IP ISDN JPEG JPEG2000 LOSSLESS LOSSY MB MBAFF MC ME MMS MSE MPEG NAL NNS PCM PF MF PSNR QCIF QP RBSP RGB RLC RSVP 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 nguyên 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) Chuẩn nén ảnh ủy ban JPEG quốc tế (Joint Photographic Experts Group) Chuẩn nén ảnh JPEG2000 Kỹ thuật nén ảnh không tổn hao (không 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 chuyên 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 hoá dọc chiều dài (Run Length Coding) Giao thức dành riêng tài nguyên mạng (Resource Reservation Protocol) GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HOÀNG SƠN RTP SDTV SMIL SRC TSS UMTS VCL VLC VO VOP YCbCr ISO IEC JTC1 SC29 WG11 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) 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 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 mô phần ưu điểm chuẩn nén nhằm góp phần sinh động cho đề tài TỔ CHỨC ĐỒ ÁN GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN 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 nguyên 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 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 vô 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 không 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 thông 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 GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN - Video Params : thông số chiều cao, rộng, tỷ lệ khn hình phần tử ảnh - Bistream Params : tốc độ bit thông số khác - QTs : có loại QTs  Nén ảnh  Nén liên ảnh  GOP : thông tin nhóm ảnh - Time code : SMPTE time code : Giờ, phút, giây, ảnh - GOP Params: Miêu tả cấu trúc thông số GOP  PICT : thông tin ảnh (Picture information.) - Type :ảnh loại I, P hay B  Buffer Params : thông tin đệm  Encode Params : thông tin vector chuyển động  Slice : thông tin Slice ảnh - Vert Pos : Slice dịng - Qscale : thơng tin bảng lượng tử … Seqvề MB  MB : Seq thông tin Seq - Addr Incr : Số lượng MB bỏ qua - Type : loại vector chuyển động dùng cho MB - Seq QC Video Bitstream QTs GOP … Code Block Pattern : rõ loại khối mã hoá Params (CBP) Params Misc GOP SC Time Code GOP Params PSC Type Buffer Params SSC Vert Pos Qscale Addr Iner Type Motion vector GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH Pict … Pict Encode Params Slice … MB MB Qscale GOP CBP … b0 Slice … b5 SVTH : NGUYỄN QUANG HOÀNG SƠN Hình IV.38 Cấu trúc dịng bit MPEG-4 H.264/AVC 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 thông 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 thông video qua mạng Internet, truyền hình di động theo chuẩn DVB-H, truyền hình số mặt đất, truyền hình theo yêu cầu, tin nhắn đa phương tiện MMS… qua mạng ISDN, DSL, Wireless, LAN vệ tinh… GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Cơng nghệ truyền hình số ta khắc phục nhiều khuyết điểm truyền hình tương tự mở cho ta tiềm phát triển vô rộng lớn Có thể thấy hỗ trợ mang tính chất cho hoạt động tương tác khác chủ yếu, thể tính ưu việt công 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 dịng 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 để sử dụng dịch vụ IPTV Đặc điểm bật IPTV dựa công nghệ IP có khả tương tác IPTV sử dụng chuẩn nén H.264/AVC làm giảm nửa băng thông cần thiết để phân phối video số chất lượng DVB đầy hình đến khách hàng, giảm yêu 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 công chúng Với mạng băng hẹp truyền thống, số dịch vụ đơn giản IPTV thực Cịn để triển khai thành cơng dịch vụ IPTV mạng băng rộng đóng vai trị tiên quyết, với mạng băng rộng bảo đảm cung cấp đầy đủ băng thông theo yêu cầu cho dịch vụ IPTV (như truyền hình, Video, Games, v.v ) GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN V.2 TRUYỀN HÌNH VỆ TINH DVB-S2 DVB-S2 chọn H.264/AVC cho mã hoá nguồn audio video tốc độ 8Mb/s phù hợp với DVD thông thường.Với hiệu suất sử dụng băng thông 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 Công nghệ thực công 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 thông tin chi tiết đơn giản qua thao tác click, xem chương trình truyền hình, người xem tham gia vao trị 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 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 thông 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 công nghệ Wireless, DAB, CDMA2000, UMTS DBV-T Mà hiệu suất nén tăng gấp đôi so với chuẩn trước GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Hiện truyền hình di động trở nên phổ biến nước ta với hai công nghệ 3G -CDMA 2000 1x EV-DO S-Fone công 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 (công 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, toàn 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 không đủ mạnh để đáp ứng địi hỏi đường truyền dịch vụ này, tín hiệu video yêu cầu băng thông kênh truyền tương đối lớn (khoảng vài trăm kbps) Với kỹ thuật này, thuê bao cấp kênh trao đổi thông tin tài nguyên 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 thông tin công nghệ truyền hình 3G có tính chất chiều (tương tự kênh đàm thoại), kênh truyền liệu trạm thu phát gốc (BTS) cấp cho thuê bao Như vậy, thuê bao chiếm phần tài nguyên thông 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 tăng, đồng nghĩa với phí dịch vụ cao GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN Nạp file YUV Chuyển file YUV sang Matlab movie Phân chia thành frame Phân chia thành macroblock Dự đoán chuyển động CHƯƠNG END VI MƠ PHỎNG Q TRÌNH NÉN-GIẢI NÉN CỦA H.264/AVC BẰNG MATLAB VI.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT Cấu trúc lại block 4x4 để tham khảo Phân chia thành block 4x4 vector chuyển độngvà giải mã frame kỹ thuật H.246: Sau đâyTìm trình mã hóa file“lastmov” Biến đổi ICT block 4x4 dư thừa Mở file“lastmov” Lượng tử hệ số DCT Lưu lại thành file “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 HOÀNG SƠN Giải lượng tử Giải mã file“lastmov” VI.2 CHƯƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG: So với MPEG-2 H.264/AVC có nhiều ưu điểm bật cịn 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, cố gắng thân, định hướng đắn TS Trần Dũng Trình, em cịn tham khảo số module Matlab có sẵn Web, số hàm hỗ trợ từ Matlab đặc biệt giúp đỡ anh chị công ty Sfone giúp em hoàn thành tốt Đồ án Tuy nhiên, việc mã hóa ảnh có q nhiều cơng đoạn phức tạp, việc mã hóa tốn nhiều thời gian, yêu cầu xử lý tốc độ cao nên tách riêng q trình để mơ Lượng tử hệ Các số module mô sau: DCT  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 GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HOÀNG SƠN  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 MÔ 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 Cịn nén kỹ thuật MPEG-2 có dung lượng tỷ số PSNR = dB sau GVHD: TS TRẦN DŨNG TRÌNH SVTH : NGUYỄN QUANG HỒNG SƠN 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