...Nguyễn Đăng Quý.pdf

...Nguyễn Đăng Quý.pdf tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh vực kinh...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN MÃ HÓA VIDEO VÀ ỨNG DỤNG

TRONG CÁC HỆ THỐNG DI ĐỘNG

Hà Nội - 2016

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN ĐĂNG QUÝ

NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN MÃ HÓA VIDEO VÀ ỨNG DỤNG

TRONG CÁC HỆ THỐNG DI ĐỘNG

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

Mã ngành : D480201

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS ĐẶNG THÀNH CÔNG

Hà Nội - 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

- Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên

cơ sở các số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn

- Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo

- Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2016

Sinh viên Nguyễn Đăng Quý

ii

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, ThS

Đặng Thành Công , người thầy đã hướng dẫn em rất tận tình, cho em những định hướng và ý kiến quý báu, rất nhiều kiến thức bổ ích trong thời gian em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đồng thời, em cũng xin cảm ơn thầy giáo, ThS.Vũ Văn Huân, người thầy chủ nhiệm đã hướng dẫn, chỉ dạy, kèm cặp em trong suốt quá trình học tập

Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong Trường Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ em trong thời gian em học tập tại trường

Tôi xin cảm ơn các bạn cùng lớp đã động viên và giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này

Vì thời gian có hạn, đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi khiếm khuyết Rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn

Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2016

Sinh viên Nguyễn Đăng Quý

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ CÁC CHUẨN MÃ HOÁ VIDEO 3

1.1 Mục đích của việc nén Video 3

1.2 Các chuẩn nén Video 5

1.2.1 Chuẩn nén MPEG 5

1.2.2 Cấu trúc dòng bit MPEG Video 8

1.2.3 Các loại ảnh trong chuẩn MPEG 11

1.2.4 Nguyên lý nén MPEG 12

1.2.5 Nguyên lý nén MPEG 14

CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ SƠ ĐỒ NÉN VÀ ĐẶC ĐIỂM NÉN VIDEO THEO CÁC CHUẨN 16

2.1 Chuẩn MPEG-1 16

2.1.1 Giới thiệu khái quát về MPEG-1 16

2.1.2 Định dạng trung gian SIF (Source Intermediate Format) 16

2.1.3 Cấu trúc dòng bít và các tham số của MPEG-1 19

2.1.4 Quá trình nén và giải nén video chuẩn MPEG-1 21

2.2 Chuẩn MPEG-2 22

2.2.1 Giới thiệu khái quát về MPEG-2 22

2.2.2 Mã hoá và giải mã MPEG-2 24

2.2.3 Profiles và Levels trong chuẩn MPEG-2 28

2.3 Chuẩn MPEG-4 31

2.3.1 Giới thiệu khái quát về MPEG-4 31

2.3.2 Mã hoá và giải mã MPEG-4 32

2.3.3 Profile và Level trong chuẩn MPEG-4 34

2.4 Chuẩn H.264/AVC/MPEG-4 Part 10 37

iv

2.4.1 Giới thiệu khái quát về chuẩn H.264 37

2.4.2 Tính kế thừa của chuẩn H.264/MPEG-4 Part 10 38

2.4.3 Kỹ thuật nén H.264 39

2.4.4 Profile và Level trong chuẩn H.264/MPEG-4 Part 10 40

2.4.5 Kỹ thuật mã hoá và giải mã Video H.264 43

CHƯƠNG III: THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG CÁC CHUẨN MÃ HOÁ VIDEO VÀO TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG 49

3.1 Tổng quan về Mobile TV 49

3.1.1 Giới thiệu chung 49

3.1.2 Các tiêu chuẩn đối với Mobile TV 50

3.1.3 Công nghệ Broadcast và Unicast đối với Mobile TV 51

3.2 Mã hoá trong Mobile TV 54

3.3 Bảo mật trong Mobile TV 55

3.3.1 Bảo mật đường truyền tín hiệu 55

3.3.2 Bảo mật nội dung 56

3.3.3 Bảo mật thiết bị đầu cuối 56

3.4 Thử nghiệm nén video và đánh giá chất lượng 57

3.4.1 Mục đích thử nghiệm 57

3.4.2 Quy trình chuẩn bị thử nghiệm 57

3.4.3 Cấu hình định dạng nén 60

3.4.4 Đánh giá kết quả 64

KẾT LUẬN 67

Kết quả đạt được của đồ án 67

Một số hướng nghiên cứu tiếp theo 67

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

AAC: Advance Audio Coding

AMR: Adaptive Multi-Rate

AVC: Advanced Video Coding

CABAC: Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding CIF: Common Intermediate Format

CBP: Coded Block Pattern

DDL: Description Definition Language

DVB: Digital Video Broadcasting

DVB-H: Digital Video Broadcasting - Handheld

DVB-T: Digital Video Broadcasting - Terrestrial

DVD: Digital Video Disc

DCT: Discrete Cosine Transform

DRM: Digital Restrictions Management

ES: Elementary Stream

FPS: Frame Per Second

GOP: Group of Picture

HD: High Definition

IDCT: Inverse Discrete Cosine Transform

IEC: International Electrotechnical Commission

IMT: International Mobile Telecommunications

ISMAcrypt: Internet Streaming Media Alliance Cryption

ISO: International Standard Organization

ITU: International Telecommunication Union

MB: Macroblock

vi

MPE-FEC: Multiprotocol Encapsulation – Forward Error Correction MPEG: Moving Picture Expert Group

NAL: Network Abstraction Layer

NTSC: National Television System Committee

PAL: Phase Alternative

PDA: Personal Digital Assistant

PES: Packetized Elementary Stream

PSC: Picture Start Code

RVLC: Reversible Variable Length Codes

SDTV: Standard Definition Television

Seq: Sequence

Seq SC (SSC): Sequence Service Class

SNR: Signal-to-Noise Ratio

SIF: Source Intermediate Format

XML: Extensible Markup Language

VHS: Video Home System

VSB: Vestigial sideband

VO: Video Object

VOP: Video Object Plane

TS: Transport Stream

3GPP: Third Generation Partnership Project

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Tính chất các định dạng ảnh SIF cơ bản 19

Bảng 2.2: Tham số chuẩn MPEG-1 20

Bảng 2.3: Sự khác nhau giữa MPEG-1 và MPEG-2 24

Bảng 2.4: Bảng thông số chính Profiles và Levels của tín hiệu chuẩn MPEG-2 30

Bảng 3.1: Đánh giá kết quả 64

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 (a) Tổng quan của một hệ thống có nén, bên phía nguồn sử dụng bộ nén gọi là Compressor hay Coder, bên phía nhận sử dụng bộ giải nén là Expander hay

Decoder 5

Hình 1.1 (b) Minh họa sự bất đối xứng trong hệ thống, bộ mã hóa luôn phải phức tạp hơn bộ giải mã 5

Hình 1.2 (a) MPEG định nghĩa giao thức giữa bộ mã hóa và bộ giải mã 6

Hình 1.2 (b) Hướng thiết kế của MPEG là cho phép tạo ra bộ mã hóa tốt hơn trong tương lai nhưng vẫn đảm bảo tương thích với bộ giải mã hiện có 6

Hình 1.2 (c) Chi tiết thiết kế của bộ mã hóa không nhất thiết phải công khai, đó có thể là bí mật thương mại của nhà sản xuất 6

Hình 1.3: Cấu trúc dòng Bit MPEG Video 9

Hình 1.4: Cấu trúc ảnh MPEG 12

Hình 1.5: Sơ đồ nén MPEG 13

Hình 1.6: Sơ đồ giải nén MPEG 15

Hình 2.1: Quá trình biến đổi sang định dạng SIF và kích thước mảng các điểm ảnh 17

Hình 2.2: Tính toán giá trị cho các điểm ảnh trong bộ lọc thập phân 18

Bảng 2.1: Tính chất các định dạng ảnh SIF cơ bản 19

Bảng 2.2: Tham số chuẩn MPEG-1 20

Hình 2.3: Quá trình nén video chuẩn MPEG-1 21

Bảng 2.3: Sự khác nhau giữa MPEG-1 và MPEG-2 24

Hình 2.4: Chuẩn nén MPEG-2 24

Hình 2.5: Giải mã cấp theo SNR 25

Hình 2.6: Giải mã cấp theo không gian 26

Hình 2.7: (a) Bộ phân cấp theo tỉ lệ tín/tạp cho ra một tín hiệu có tỉ số tín/ồn ở mức trung bình và một tín hiệu để giảm ồn 27

Hình 2.7: (b) Bộ phân cấp theo không gian cho ra một tín hiệu ở mức trung bình và

một tín hiệu để tăng chất lượng hình ảnh 27

Hình 2.8: Cấu trúc bộ mã hoá và giải mã MPEG-4 34

Hình 2.9: Các Profile và Level trong MPEG-4 35

Hình 2.10: Cấu trúc mã hoá dữ liệu của H.264/AVC 40

Hình 2.11: Các phần mã hoá của các Profile trong H.264 41

Hình 2.12: Sơ đồ mã hoá Video của H.264/MPEG Part 10 44

Hình 2.13: Sơ đồ giải mã Video của H.264/MPEG Part 10 46

Hình 2.14: Ví dụ về mã hoá chiều dài biến đổi ngược 48

Hình 3.1: Phần mềm Xilisoft Video Converter Ultimate 57

Hình 3.2: Phần mềm PotPlayer 1.6.60136 59

Hình 3.3: Cấu hình với chuẩn MPEG2 60

Hình 3.4: Cấu hình với chuẩn H.264 (AVC) 61

Hình 3.5: Chất lượng ảnh xuất từ chuẩn H.264/AVC 63

Hình 3.6: Chất lượng ảnh xuất từ chuẩn MPEG 2 63

Hình 3.7: Chất lượng ảnh xuất từ chuẩn 3GPP 64