CHÀO MỪNG CÔ VÀ CÁC BẠN ĐẾN VỚI BÀI THUYẾT TRÌNH

CỦA NHÓM XX

KỸ THUẬT NÉN VIDEO MPEGNgười thực hiện:

Hoàng Anh Trọng

Nguyễn Sĩ Phú

Bùi Tuấn Vũ

Lê Anh Đức

*MPEG là một chuỗi các chuẩn bao gồm: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7 và MPEG-21. Trong đó MPEG-1 là cơ bản. MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7, MPEG-21 là sự phát triển và mở rộng từ MPEG-1. MPEG-1 còn được gọi là tiêu chuẩn ISO/IEC 11172 là chuẩn nén Video và Audio với tốc độ khoảng 1.5Mb/s. MPEG-2 nén tín hiệu Video và Audio với dải tốc độ bít 1.5 đến 60Mb/s. Tiêu chuẩn này còn được gọi là chuẩn quốc tế ISO/IEC 13818, là chuẩn nén ảnh động và âm thanh. Nó cung cấp một dải các ứng dụng như: lưu trữ dữ liệu số, truyền hình quảng bá và truyền thông. MPEG-4 là sự hợp nhất cung cấp cho rất nhiều ứng dụng truyền thông, tuy cập, điều khiển dữ liệu âm thanh số như: điện thoại hình, thiết bị đầu cuối đa phương tiện (multimedia), thư điện tử và cảm nhận từ xa. MPEG-4 cho khả năng truy cập rộng rãi và hiệu suất nén cao.

*Nén tín hiệu video theo chuẩn MPEG là phương pháp nén ảnh động không những làm giảm dư thừa không gian như JPEG mà còn làm giảm dư thừa thời gian giữa các khung hình.

I) KỸ THUẬT DỰ BÁO BÙ CHUYỂN ĐỘNG

Trong tất cả các trường hợp, khi một ảnh mã hóa dùng khung tham khảo thì luôn dùng kỹ thuật bù chuyển động để nâng cao hiệu suất nén. Dự báo bù chuyển động tách chuyển dịch các chi tiết ảnh giữa 2 frame đang xét. Vector chuyển động chỉ thị tọa độ các khối đã nén trong frame trước sẽ lặp lại trong frame đang xét tại một tọa độ mới.

*Ưu điểm của dự báo nội suy so với dự báo ước đoán:

- Dự báo 2 chiều có thể dự đoán được vùng không che từ frame chuẩn tương lai.

- Dự báo 2 chiều có thể nội suy biên đạt độ chính xác ½ hoặc ¼ pixel để giảm hiệu ứng khối ở biên ảnh( gây ra do vị trí của nó không tương ứng).

II) PHÂN LOẠI ẢNH MPEG

1. Ảnh I (Intra – coded picture)

*Các ảnh I được mã hóa theo mode Intra để có thể giải mã mà không cần sử dụng dữ liệu từ bất kỳ một ảnh nào khác. Đặc điểm của phương pháp mã hóa này như sau:

+ Chỉ loại bỏ được sự dư thừa không gian.

+ Dùng các điểm trong cùng một khung để tạo dự báo.

+ Không có bù chuyển động.

+ Các thông tin được mã hóa rõ ràng nên số lượng bit yêu cầu lớn.

*Do được mã hóa Intra, ảnh I bao giờ cũng là ảnh đầu tiên trong một nhóm ảnh hay một chuỗi ảnh. Nó cung cấp thông tin khởi động các điểm ảnh tiếp theo trong nhóm.

2. Ảnh P (Predictive code picture)

*Ảnh P được mã hóa liên ảnh một chiều (Interframe một chiều):

+ Dự báo Inter một chiều.

+ Ảnh dự báo được tạo ảnh tham chiếu trước đó (dự báo nhân quả), ảnh tham chiếu này có thể là ảnh I hoặc ảnh P gần nhất.

+ Có sử dụng bù chuyển động. Thông tin ước lượng chuyển động của các khối nằm trong vector chuyển động (motion vector). Vector này xác định Macro block nào được sử dụng từ ảnh trước.

*Do vậy ảnh P bao gồm cả những MB (Macro Block) mã hóa Inter (I-MB) là những ảnh Macro block chứa thông tin lấy từ ảnh tham chiếu và những MB mã hóa Intra là những MB chứa thông tin không thể mượn từ ảnh trước. Ảnh P có thể được sử dụng làm ảnh tham chiếu tạo dự báo cho ảnh sau.

2. Ảnh B (Bidirectionally predicted pictures)

*Ảnh B là ảnh được mã hóa có bù chuyển động từ các ảnh I hoặc P ở phía trước và phía sau (ảnh dự đoán hai chiều).

*Ảnh B cho tỉ lệ nén cao nhất và có thêm các ưu điểm sau:

+ Giải quyết được các vấn đề thay đổi ảnh cũng như không dự đoán được sự thay đổi về nội dung hình ảnh.

+ Việc sử dụng bù chuyển động từ hai ảnh cho S/N lớn hơn nếu như chỉ sử dụng bù chuyển động từ một ảnh.

+ Vì ảnh B không sử dụng là ảnh so sánh cho các ảnh khác, nó có thể mã hóa với số lượng bit thấp và không gây lỗi trễ đường truyền.

III) NHÓM ẢNH (GOP – Group Of Pictures)

•Trong MPEG có các cấu trúc nhóm ảnh điển hình như sau:

Thứ tự truyền dẫn và thứ tự hiển thị ảnh

IV) CẤU TRÚC DÒNG BIT VIDEO MPEG

Cấu trúc lớp dữ liệu trong MPEG

V) NGUYÊN LÝ NÉN MPEG

*Nguyến tắc hoạt động:

*Hoạt động của bộ mã hóa phụ thuộc vào loại hình ảnh, là mã hóa tại thời điểm đang xét. Nén MPEG là sự kết hợp giữa nén trong hình ảnh và nén liên ảnh. Dạng thức đầu vào là Rec-601 4:2:2 hoặc 4:2:0 được nén liên ảnh trước tạo ra được ảnh khác biệt ở đầu ra bộ cộng, ảnh này sau đó lại được nén trong ảnh qua các bước biến đổi DCT, lượng tử hóa, mã hóa. Cuối cùng ảnh này được trộn cùng với vector chuyển động đưa đến bộ khuếch đại đệm sẽ thu được ảnh đã nén.

*Xét ví dụ bộ nén ảnh dùng loại I và P trong cấu trúc GOP. Ảnh thứ nhất tỏng nhóm phải được mã hóa như ảnh I. Trong trường hợp này, sua khi lấy mẫu lần đầu, tín hiệu video được truyền đến block biến đổi DCT cho các MB riêng, sau đó đến block của bộ lượng tử hóa ngược và mã hóa entropy. Tín hiệu ra từ lượng tử hóa được đưa đến bộ lượng tử hóa ngược và biến đổi DCT ngược, sau đó được lưu vào bộ nhớ ảnh. Bộ nhớ ảnh bao gồm ảnh xuất hiện trong bộ giải mã sau khi giải mã ảnh truyền loại I.

*Trong trường hợp mã hóa ảnh loại P, mạch nén chuyển động làm việc. Trên cơ sở so sánh đang xét và ảnh trong bộ nhớ sẽ xác định được các vector chuyển động, sau đo dự báo ảnh. Sự chênh lệch giữa ảnh đang xét và ảnh của nó lại được biến đổi DCT, lượng tử hóa, mã hóa entropy. Tín hiệu ra từ bộ lượng tử hóa được đưa đến bộ lượng tử hóa ngược và biến đổi DCT ngược, sau đó được lưu vào bộ nhớ ảnh.

*Tốc độ bit của tín hiệu video được nén không cố định, phụ thuộc vào nội dung ảnh đang xét. Tại đầu ra bộ giải mã dòng bit phải cố định để xác định tốc độ cho dung lượng kênh truyền do đo bộ nhớ đệm phải đủ lớn.

Sơ đồ khối bộ mã hóa:

Sơ đồ khối bộ giải mã: