xây dựng thuật toán ẩn lỗi hiệu quả nhằm nâng cao chất lượng truyền video trên kênh truyền vô tuyến

Xây dựng thuật toán ẩn lỗi hiệu quả nhằm nâng cao chất lượng truyền video trên kênh truyền vô tuyến Lê Văn Huyên Chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử, ngành Kỹ thuật ĐT-VT, Khoa ĐT-VT huyenlv

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LÊ VĂN HUYÊN

XÂY DựNG THUậT TOÁN ẩN LỗI HIệU QUả NHằM NÂNG CAO CHấT LƯợNG TRUYềN VIDEO

TRÊN KÊNH TRUYềN VÔ TUYếN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LÊ VĂN HUYÊN

XÂY DựNG THUậT TOÁN ẩN LỗI HIệU QUả

NHằM NÂNG CAO CHấT LƯợNG TRUYềN VIDEO

TRÊN KÊNH TRUYềN VÔ TUYếN

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS ĐINH TRIỀU DƯƠNG

Hà Nội – 2011

Trang 3

MỤC LỤC

Bảng từ khoá 5

Danh sách các hình vẽ 6

Danh sách bảng – biểu 7

I Đặt vấn đề 8

II Giới thiệu về H.264 9

1 Tổng quan về nén video 9

2 Đặc điểm và ứng dụng của H.264 10

3 Lớp trừu tượng mạng – NAL 13

4 Lớp mã hoá video – VCL 14

a Hình, Khung, và Miền 15

b Phân loại khung 16

c Định dạng YCbCr 17

d Macro-block 18

e Mảnh và nhóm mảnh 18

III Các thuật toán ẩn lỗi 21

1 Ẩn lỗi ở mức MB 23

a Thuật toán ẩn lỗi ở mức MB trên miền không gian 23

b Thuật toán ẩn lỗi ở mức MB trên miền thời gian 24

2 Thuật toán ẩn lỗi ở mức khung 24

a Thuận toán ẩn lỗi Frame Copy 25

b Thuật toán Motion Vector Copy 25

3 Đề xuất thuật toán sửa lỗi mất toàn khung 25

a Phương pháp véc-tơ trung vị có định hướng 26

b Xử lý các MB tĩnh 28

IV Kết quả thực hiện – đánh giá 30

1 So sánh kết quả giữa các thuật toán 30

2 So sánh kết quả giữa các mẫu video 33

Trang 4

3 Thuật toán đề xuất 34

V Kết luận 35

VI Phụ lục 36

VII Tài liệu tham khảo 43

Xây dựng thuật toán ẩn lỗi hiệu quả nhằm nâng cao chất lượng truyền video trên kênh truyền vô tuyến

Lê Văn Huyên Chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử, ngành Kỹ thuật ĐT-VT,

Khoa ĐT-VT huyenlv@vms.com.vn

Đinh Triều Dương Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội duongdt@vnu.edu.vn

TÓM TắT Với video truyền trên môi trường vô tuyến hiện nay, việc

mất một gói tin tương đương với việc mất toàn bộ một

khung hình (hoặc nhiều hơn) Do đó việc ẩn lỗi mất toàn bộ

khung hình đóng vai trò lớn hơn so với việc ẩn lỗi mất một

số MB Đề tài này phân tích hai thuật toán ẩn lỗi trong

H.264 được thực hiện trong bộ phần mềm tham chiếu JM

và đề xuất một thuật toán ẩn lỗi cải tiến nhằm nâng cao chất

lượng trong khâu giải mã video

Từ khóa – ẩn lỗi, FBEC, H.264

I GIớI THIệU Ngày nay, rất nhiều video được truyền qua mạng, bao gồm

cả các kênh vô tuyến Với đặc tính không ổn định của kênh,

việc xuất hiện lỗi là điều không thể tránh khỏi Với việc

trao đổi video thời gian thực, phương pháp tốt nhất khi gặp

lỗi là ẩn lỗi thay vì truyền lại gói tin

Hai thuật toán được sử dụng trong bộ phần mềm JM là

thuật toán sao chép khung (FC) và thuật toán sao chép

véc-tơ chuyển động (MVC), trong đó, thuật toán thứ 2 được

đánh giá là hiệu quả dù độ phức tạp tính toán không quá

cao

Trong một số trường hợp, khi video có những đối tượng

chuyển động nhanh, thuật toán MVC không xử lý tốt những

khối chuyển động này, khiến video xuất hiện những điểm

bị lỗi Để giảm bớt lỗi này, một thuật toán cải tiến đã được

đề xuất, kết hợp giữa MVC với trung vị véc-tơ chuyển

động và trung vị véc-tơ chuyển động có định hướng

II CÁC THUậT TOÁN

A Sao chép khung

Thuật toán FC thực hiện sao chép toàn bộ các điểm ảnh của

khung hình tham chiếu sang khung hình hiện tại (khung

hình bị mất) Theo đó, khung hình hiện tại (hình được khôi

phục) sẽ giống hệt như khung hình tham chiếu

B Sao chép véc-tơ chuyển động

Với MVC, việc khôi phục khung hình bị mất được thực

hiện bằng các, trước tiên, sao chép MV của từng khối nhỏ

4x4 từ khung hình t-1 sang khung hình t Sau đó, các giá trị

Y, Cb, Cr của khung hình tái tạo t sẽ được khôi phục sử

dụng các MV sao chép được này

C Thuật toán đề xuất

 Xác định MV của khối 4x4 thuộc khung tham chiếu, tại

cùng vị trí với khối hiện tại Tuỳ thuộc vào giá trị của

MV này (MV0) mà sử dụng phương pháp thích hợp để nội suy MV

 Nếu MV0 bằng 0 (trường hợp khối tham chiếu không chuyển động), sử dụng giá trị trung vị của 8 MV lân cận

 Nếu 0 < MV0 < giá trị ngưỡng (trường hợp khối tham chiếu chuyển động chậm): sử dụng phương pháp MVC

 Nếu MV0 lớn hơn hoặc bằng giá trị ngưỡng (trường hợp khối tham chiếu chuyển động nhanh): sử dụng phương pháp trung vị có định hướng với 5 MV tham chiếu

III ĐÁNH GIÁ CÁC THUẬT TOÁN

Việc đánh giá kết quả được dựa trên việc triển khai 3 thuật toán FC, MVC và thuật toán đề xuất:

 Bộ phần mềm tham chiếu: JM 17.2

 IPPP, với các khung I cách nhau 1s

 Video mẫu: foreman và Stephan Căn cứ trên kết quả thu được, có thể thấy thuật toán FC cho kết quả tồi nhất, với khoảng 2dB PSNR so với 2 thuật toán còn lại MVC và thuật toán đề xuất có kết quả tương đương nhau trong hầu hết các trường hợp Trong một số trường hợp có chuyển động nhanh, thuật toán đề xuất có thể có PSNR cao hơn MVC khoảng 0.2-0.3 dB

IV KẾT LUẬN

Luận văn đã trình bày phương án cải tiến thuật toán MVC trong bộ phần mềm tham chiếu 17.2 để đạt được mức độ PSNR cải thiện khoảng 0.3dB trong một số trường hợp, trong khi độ phức tạp tính toán tăng lên không đáng kể

TÀI LIỆU THAM KHẢO

H.264/MPEG-4 Part 10, H.264/MPEG-4th EURASIP Conference focused on

Video/Image processing and Multimedia Communication, 2003

Luthra, Overview of the H.264/AVC Video Coding Standard,

IEEE Transactions on circuits and systems for video technology, vol 13, no.7, 2003

M Gabbouj, The error concealment feature in the H.26L test

model, Proc Int Conf Image Processing, vol 2, pp 729-733,

Sep 2002

Concealment in H.264/AVC by Refined Motion Prediction,

IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems, pp 247-250, 2006