Phương pháp tiên tiến nén video AVC và ứng dụng

Tính năng Scalable Video Coding (SVC) được bổ sung vào giai đoạn 200507.Video được nén dùng tính năng này sẽ có 1 dòng bit chính và các dòng bit con, dòng bit chính có thể được giải mã bởi bộ H.264AVC codec không hỗ trợ SVC.Tuỳ vào mục đích sử dụng và hệ thống nghe nhìn, các dòng bit con có thể có tần số lấy mẫu thấp hơn hoặc độ phân giải, chất lượng hình ảnh thấp hơn dòng bit chính.

Trang 1

Xử lý dữ liệu đa phương tiện - IT4621

Đề 14: Phương pháp tiên tiến nén video AVC và ứng dụng

Trang 2

Phân công công việc

Hoàng Anh Đức 20093795 1 Tìm hiểu chung về chuẩn nén video tiên tiến H.264/MPEG-4 AVC

Nguyễn Minh Công 20121339

2 So sánh phương pháp nén video của chuẩn MPEG-4 AVC và MPEG-1

3 Tìm hiểu 1 thuật toán trong chuẩn MPEG-4 AVC và thử nghiệm ứng dụng

Trang 3

1 Tìm hiểu chung về chuẩn

nén video tiên tiến H.264/MPEG-4 AVC

• Mục đích ra đời: nén video để có video chất

lượng tốt ở tốc độ bit thấp hơn so với các

chuẩn trước (MPEG-2, H.263, MPEG-4 part 2)

Sử dụng được chuẩn 1 cách linh hoạt với

nhiều ứng dụng trên nhiều hạ tầng mạng, hệ thống khác nhau

• Phiên bản đầu tiên của H.264/AVC hoàn

thành vào 5/2003

Trang 4

• Tính năng Scalable Video Coding (SVC) được

bổ sung vào giai đoạn 2005-07

Video được nén dùng tính năng này sẽ có 1 dòng bit chính và các dòng bit con, dòng bit chính có thể được giải mã bởi bộ H.264/AVC codec không hỗ trợ SVC

Tuỳ vào mục đích sử dụng và hệ thống nghe nhìn, các dòng bit con có thể có tần số lấy

mẫu thấp hơn hoặc độ phân giải, chất lượng hình ảnh thấp hơn dòng bit chính

Trang 5

• Tính năng nổi bật tiếp theo được thêm vào bộ

chuẩn này là Multiview Video Coding (MVC)

Nó cho phép tạo nên các dòng bit biểu diễn

nhiều hơn 1 góc nhìn của đoạn video

1 ứng dụng của MVC là nén video 3D lập thể (tạo ra 2 hình ảnh khác nhau cho mắt trái và mắt phải)

• Multiview Video Coding được hoàn thành vào

11/2009

Trang 6

• Các profile: profile định nghĩa một tập hợp các

công cụ & thuật toán có thể được sử dụng để tạo

ra dòng bit của video Nói cách khác, profile cho biết các kỹ thuật cụ thể có thể hay không thể

dùng khi nén video sử dụng profile đó.

• Với ứng dụng video 2D non-scalable, có các

profile: CBP, BP, XP, MP, HiP, PHiP, Hi10P, Hi422P, Hi444PP

• Với máy quay và ứng dụng chỉnh sửa chuyên

nghiệp, có thêm 4 intra-frame-only profile

Trang 7

• SVC có các profile: Scalable Baseline Profile, Scalable

Constrained Baseline Profile, Scalable High Profile,

Scalable Constrained High Profile, Scalable High Intra

Profile

• MVC có các profile: Stereo High Profile, Multiview High

Profile, Multiview Depth High Profile

• Khái niệm level: là tập các giới hạn cho biết mức độ hiệu năng của bộ giải mã cần thiết đối với 1 profile Dùng để đánh giá khả năng của bộ giải mã (decoder) Ví dụ, ở cấp

độ (level) 1, bộ giải mã phải làm việc được với video có tốc độ bit tới 64kbit/s nếu nó hỗ trợ Baseline, Extended hoặc Main profile.

Trang 8

2 So sánh phương pháp nén

video của chuẩn MPEG-4 AVC và

MPEG-1

• Dự đoán giữa các frame: MPEG-4 AVC cho phép có tối đa 16 frame tham chiếu để dự đoán Với MPEG-1, khi dự đoán frame

B chỉ có 1 frame tham chiếu (dự đoán tiến) hoặc 2 (dự đoán

tiến + lùi).

• Với MPEG-4 AVC, trong 1 macroblock 16x16 có thể chia ra

nhiều block để ước lượng chuyển động Block Y (độ sáng) có thể có 7 kích thước 16x16, 16x8, 8x16, 8x8, 8x4, 4x8, 4x4

Với MPEG-1, đơn vị nhỏ nhất để ước lượng chuyển động là

macroblock 16x16.

• Chuẩn MPEG-4 AVC cho phép ước lượng sử dụng nhiều vector chuyển động trên 1 macroblock, tối đa = 32 (TH macroblock 16x16 của frame B chứa 16 block 4x4) Với MPEG-1,

macroblock được ước lượng bởi tối đa 2 vector chuyển động.

Trang 9

MPEG-1

• MPEG-4 AVC: có thể nén các macroblock trong frame B theo mọi kiểu (intra,

dự đoán tiến, dự đoán 2 chiều) Trong MPEG-1, không thể nén macroblock frame B theo kiểu intra.

• MPEG-4 AVC: vector chuyển động có độ chính xác tới 1/4 pixel, cho phép

ước lượng vùng di chuyển chính xác hơn Trong MPEG-1: vector chuyển

động chính xác tới 1/2 pixel.

• MPEG-4 AVC có tính năng “weighted prediction”: khi 1 vật chuyển động với quỹ đạo xác định nhưng độ sáng giảm dần thì không thể ước lượng chuyển động một cách bình thường được Vì vậy WP ra đời, nó sử dụng các tỷ lệ và offset trên ma trận của block Y trước khi tìm kiếm ước lượng chuyển động.

• Block trong MPEG-4 AVC có thể được dự đoán theo không gian: sử dụng

cạnh của các block liền kề để dự đoán toàn bộ block Khi dự đoán kiểu này thì trong ảnh Y của macroblock, có thể chia thành các block kích thước

16x16, 8x8, 4x4 để dự đoán MPEG-1 không có khả năng này.

Trang 10

MPEG-1

• MPEG-4 AVC cho phép nén macroblock theo kiểu lossless, sau khi

giải mã thu được dữ liệu giống toàn bộ như trước khi nén MPEG-1 không có khả năng này.

• MPEG-4 AVC cho phép nén những video kiểu quét xen kẽ (interlaced scanning), giúp tăng tần số quét cảm nhận mà không tốn thêm

băng thông Trong đó có 2 kiểu nén: theo macroblock (MBAFF) hoặc theo ảnh (PicAFF) MPEG-1 không hỗ trợ video quét xen kẽ.

• Các tính năng mới của MPEG-4 AVC trong giai đoạn biến đổi

(Transform):

Biến đổi sử dụng số nguyên dựa trên nguyên tắc của DCT

Có thể sử dụng biến đổi Hadamard cho thành phần DC của block

chroma

Trang 11

MPEG-1

• Các tính năng mới của MPEG-4 AVC trong giai đoạn lượng tử hoá:

Các bước lượng tử được hình thành theo hàm logarit: giúp làm giảm tốc

độ bit

Tối ưu quá trình lượng tử hoá theo mô hình cảm quan

• MPEG-4 AVC: sau lượng tử hoá, dữ liệu đi qua 1 bộ lọc (deblocking filter)

để loại bỏ hiện tượng blocking thường thấy với các kỹ thuật nén ảnh dựa trên DCT MPEG-1 không có deblocking filter.

• Giai đoạn mã hoá entropy có những điểm mới: MPEG-4 AVC có các kỹ

thuật mã hoá mới:

Mã hoá số học nhị phân theo bối cảnh (context-adaptive binary arithmetic coding - CABAC)

Mã hoá từ mã độ dài thay đổi theo bối cảnh (context-adaptive variable

length coding - CAVLC)

Kỹ thuật Exponential-Golomb coding.

Trang 12

MPEG-1

•MPEG-1 dùng chủ yếu ở những video độ phân giải 352x288, 352x240, 320x240, với mục

đích lưu trữ là chính MPEG-4 AVC/H.264 được

sử dụng rộng rãi ở mọi ứng dụng, từ các ứng

dụng streaming qua internet, tốc độ dòng bit thấp, cho đến truyền hình HD và nén các phim điện ảnh, với chất lượng gần đạt tới “lossless”

Trang 13

3 Tìm hiểu 1 thuật toán trong

chuẩn MPEG-4 AVC và thử nghiệm

ứng dụng

• Thuật toán intra-prediction coding: sử dụng

cạnh của block bên trên và bên trái để dự

đoán toàn bộ block hiện tại

Trang 14

ứng dụng

• Với block 4x4 có 9 cách (chế độ) dự đoán khác

nhau

Trang 15

ứng dụng

• Với block 8x8, 16x16 có 4 cách dự đoán

Trang 16

ứng dụng

Trang 17

ứng dụng

• Dữ liệu đầu vào: ma trận dữ liệu ảnh, vị trí

của block cần dự đoán trong ảnh đó, kích

thước block dự đoán

• Dữ liệu đầu ra: ma trận dữ liệu của block sau

khi dự đoán, chế độ dự đoán đã chọn và kích thước block dự đoán

Trang 18

ứng dụng

• Các bước thực hiện:

• B1: đặt N là kích thước block (=4, 8 hoặc 16) Tạo 2 ma trận T

[1x2N], L [2Nx1] tương ứng với các điểm ở hàng phía trên và cột

bên trái block cần dự đoán và điểm LT là điểm ở góc trên bên trái

• B2: Nếu N=4 hoặc 8, tính toán ra 9 ma trận dự đoán tương ứng với 9

chế độ dự đoán bằng cách sử dụng các công thức

• B3: Tính SAD (sum of absolute differences - tổng các sai khác tuyệt

đối) của từng ma trận với ma trận gốc Chọn ma trận ước lượng có SAD thấp nhất và trả về kết quả là ma trận đó.

• B4: Nếu N=16, tạo ra 4 ma trận dự đoán ứng với 4 chế độ Sau đó

thực hiện như B3.

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	189 KB