CÁC CÔNG NGHỆ NÉN TÍN HIỆU VIDEO TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ

Để có thể truyền trong một kênh truyền hình thông thường, thì tín hiệu video số cần phải được nén trong khi vẫn đảm bảo được chất lượng hình ảnh.. Ví dụ, một đĩa DVD sẽ chỉ có thể chứa đ

CÁC CÔNG NGHỆ NÉN TÍN HIỆU VIDEO TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ

Nén nhằm giảm tốc độ bit của các dòng dữ liệu tốc độ cao mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh hoặc âm thanh cần truyền tải Tín hiệu Video sau khi được số hoá (8 bit) có tốc độ bằng 216 Mb/s Để có thể truyền trong một kênh truyền hình thông thường, thì tín hiệu video số cần phải được nén trong khi vẫn đảm bảo được chất lượng hình ảnh Chương 2 nêu các nội dung này nhằm xây dựng nội dung lý luận cho các giải pháp sẽ đưa ra trong chương tiếp theo (chương 3) về ứng dụng công nghệ nén trong sản xuất chương trình truyền hình

2.1 Tổng quan về kỹ thuật nén Video số

2.1.1 Khái niệm chung

2.1.1.1 Mục đích của nén Video số

Nén video có hai lợi ích quan trọng thấy rõ:

Thứ nhất: nén video giúp chúng ta có thể sử dụng nguồn video số đã được

mã hoá để truyền đi hay lưu trữ một cách có hiệu quả ngay cả trên những môi trường truyền dẫn không hỗ trợ những file video chưa được nén lúc đầu Ví dụ, một đĩa DVD sẽ chỉ có thể chứa được vài giây một đoạn video nguyên bản không qua nén ở độ phân giải và tốc độ khung hình tương đương với chất lượng tương ứng trên tivi truyền hình sẽ không thể sử dụng như lý giải ở trên

Thứ hai: quá trình nén video cho phép việc sử dụng những nguồn video đã qua nén cho quá trình lưu trữ hay truyền đi một cách có hiệu quả Ví dụ, với một kênh truyền dẫn tốc độ cao, việc lựa chọn và truyền đi một video nén với độ phân giải cao thậm chí cả những luồng video nén là hợp lý hơn nhiều so với việc sẽ truyền đi một video đơn lẻ với độ phân giải thấp hay từng luồng video chưa qua nén

2.1.1.2 Bản chất của nén

Khác với nguồn dữ liệu một chiều như nguồn âm, đặc tuyến đa chiều của nguồn hình ảnh cho thấy: nguồn ảnh chứa nhiều sự dư thừa hơn các nguồn thông tin khác Đó lμ:

 Sự dư thừa về mặt không gian (spatial redundancy):

Các điểm ảnh kề nhau trong một mμnh có nội dung gần giống nhau

 Sự dư thừa về mặt thời gian (temporal redundancy):

Các điểm ảnh có cùng vị trí ở các mμnh kề nhau rất giống nhau

 Sự dư thừa về mặt cảm nhận của con người:

Mắt người nhạy cảm hơn với các thμnh phần tần số thấp vμ ít nhạy cảm với

sự thay đổi nhanh, tần số cao

Do vậy, có thể coi nguồn hình ảnh lμ nguồn có nhớ (memory source)

Nén ảnh thực chất lμ quá trình sử dụng các phép biến đổi để loại bỏ đi các

sự dư thừa vμ loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn dữ liệu mới có lượng thông tin nhỏ hơn Đồng thời sử dụng các dạng mã hoá có khả năng tận dụng xác suất xuất hiện của các mẫu sao cho số lượng bít sử dụng để mã hoá một lượng thông tin nhất định lμ nhỏ nhất mμ vẫn đảm bảo chất lượng theo yêu cầu Nhìn chung quá trình nén vμ giải nén có thể lý giải một cách đơn giản như hình 2.1

Dữ liệu

Dữ liệu

Dữ liệu đã nén

Biến đổi

Mã hoá

Giải mã

Biến đổi ngược

Dữ liệu đã nén Quá trình nén

 M∙ hoá:

Các dạng mã hoá được lựa chọn sao cho có thể tận dụng được xác suất xuất hiện của mẫu Thông thường sử dụng mã RLC (run length coding: mã hoá loạt dμi)

vμ mã VLC (variable length coding): gắn cho mẫu có xác suất xuất hiện cao từ mã

có độ dμi ngắn sao cho chứa đựng một khối lượng thông tin nhiều nhất với số bit truyền tải ít nhất mμ vẫn đảm bảo chất lượng yêu cầu

Đối với nén có tổn thất, chất lượng ảnh lμ một yếu tố vô cùng quan trọng, Tuỳ theo yêu cầu ứng dụng mμ các mức độ loại bỏ khác nhau được sử dụng, cho mức độ chất lượng theo yêu cầu

2.1.2 Một số dạng mã hoá sử dụng trong các công nghệ nén.

Các dạng mã hoá sử dụng trong công nghệ nén đều tận dụng được xác suất xuất hiện mẫu nhằm đạt được độ dμi mã trung bình (số bit trung bình cần để mã hoá một mẫu) lμ nhỏ nhất Tuy nhiên, độ dμi nμy có một giới hạn dưới mμ không một phương pháp mã hoá nμo có thể cung cấp độ dμi từ mã trung bình nhỏ hơn

Đó lμ “ entropy” của nguồn tín hiệu

2.1.2.1 Khái niệm entropy của nguồn tín hiệu

Khái niệm ”entropy” của nguồn tín hiệu được sử dụng để đo lượng thông tin một nguồn tin chứa đựng.

Một nguồn tin có N mẫu {s1,s2, ,sN} với xác suất xuất hiện các mẫu tương ứng lμ {p(s1), p(s2), , p(sN)} Khi đó,” entropy” của nguồn tin được định nghĩa như sau: [1]

1

log ).

(

Ví dụ một nguồn tin gồm các mẫu {1,0} với:

+ xác suất xuất hiện mẫu “1” lμ 0,8

+ xác suất xuất hiện mẫu “0” lμ 0,2

Khi đó “entropy” của nguồn lμ:

H = - (0,8.log20,8 + 0,2.log20,2)

= 0,7219 bit

“Entropy” của nguồn tin quy định giới hạn dưới tốc độ bit tại đầu ra bộ mã hoá Phương pháp mã hoá nμo có độ dμi mã trung bình (số bit trung bình cần để

mã hoá một mẫu) cμng gần giá trị H thì phương pháp mã hoá đó cμng hiệu quả

2.1.2.2 Mã hoá với độ dμi chạy RLC (run length coding) [3]

Phương pháp nén RLC này dựa trên cơ sở là sự liên tiếp lặp đi lặp lại các điểm ảnh trong ảnh số, xuất hiện là do sự tương quan giữa các điểm ảnh, đặc biệt là với các ảnh 2 mức (bi – level images) RLC tách các giá trị giống nhau và biểu

diễn như là một tổng, kỹ thuật này chỉ áp dụng cho các chuỗi symbols tuyến tính.

Kỹ thuật RLC được dùng cho các hệ số lượng tử hoá tốt hơn là dùng trực tiếp cho số liệu ảnh.

Một dạng cải tiến của mãc RLC là mã có độ dài thay đổi VLC (Variable

Length Code) dùng để biểu diễn các độ dài chạy cũng như các giá trị symbol Cách

thực hiện là tính phân bố xác xuất của độ dài chạy và các giá trị symbol Đây là sự

kết hợp của mã hoá RLC với mã hoá thống kê

2.1.2.3 Mã hoá với độ dμi thay đổi VLC (variable length coding) (mã Huffman)

Trong các công nghệ nén, mã Huffman lμ dạng mã được sử dụng phổ biến nhất Bảng mã Huffman có thể cho độ dμi mã trung bình để mã hoá cho một mẫu

lμ nhỏ nhất do tận dụng xác suất xuất suất hiện của các mẫu trong nguồn tín hiệu

Trong đó, mẫu có xác suất xuất hiện cao nhất sẽ được gắn với một từ mã có

độ dμi ngắn nhất Mặc dù có độ dμi mã thay đổi song mã Huffman vẫn có khả năng giải mã đúng do có thuộc tính tiền tố duy nhất (không có bất cứ từ mã nμo lại

lμ phần đầu của từ mã tiếp theo)

Để xây dựng cây mã Huffman gồm các bước sau:

1- Liệt kê các xác suất của các symbol nguồn và tạo ra các tập nút bằng cách cho các xác suất này thành các nhánh của cây nhị phân

2- Lấy hai nút với xác suất nhỏ nhất từ tập nút và tạo ra một xác suất mới bằng tổng xác suất của các xác suất đó

3- Tạo ra một nút mẹ với các xác suất mới, và đánh dấu 1 cho nút con ở trên

và 0 cho nút con ở dưới

4- Tạo tiếp tập nút bằng cách thay thế 2 nút với xác xuất nhỏ nhất cho nút mới Nếu tập nút chỉ chứa một nút thì kết thúc, ngược lại thì ta quay lại bước 2

Phương pháp mã hoá thống kê Huffman sẽ trở nên nặng nề khi số tin của nguồn quá lớn Trong trường hợp nμy người ta dùng một biện pháp phụ để giảm

nhẹ công việc mã hoá Trước tiên liệt kê các tin của nguồn theo thứ tự xác suất giảm dần, sau đó ghép thμnh từng nhóm tin có tổng xác suất gần bằng nhau Dùng một mã đều để mã hoá các tin trong cùng một nhóm Sau đó xem các nhóm tin như một khối tin vμ dùng phương pháp Huffman để mã hoá các khối tin Từ mã cuối cùng tương ứng với mỗi tin của nguồn gồm hai phần: một phần lμ mã Huffman vμ một phần lμ mã đều.

Xét ví dụ thiết lập cây mã Huffman cho một nguồn tin chứa các mẫu :

{s0, s1, ,s7} với xác suất xuất hiện lần lượt lμ :

p(si) = {0,1;0,19;0,21;0,3;0,05;0,05;0,07;0,03}

Cây mã Huffman xây dựng cho nguồn tin nμy như sau:

1.0 1 0.4 0 0 0.13 1 1 0.18 0 0 0 0 0 1 1

P(s 2 )=0.21 P(s 3 )=0.3 P(s 4 )=0.05 P(s 5 )=0.05 P(s 6 )=0.07 P(s 7 )=0.03 P(s 1 )=0.19 P(s 0 )=0.1 1 0011

Mặc dù mã Huffman hiệu quả nhưng chúng ta phải hiểu rằng mã hoá Huffman chỉ tối ưu khi đã biết trước xác suất của mã nguồn vμ mỗi biểu trưng của

mã nguồn được mã hoá bằng một số bit nguyên

Đặc biệt mã hoá Huffman được phát triển cho ảnh số nhưng áp dụng cho rất nhiều loại ảnh, mỗi ảnh có xác suất xuất hiện biểu trưng của riêng nó Do đó mã Huffman không phải lμ tối ưu cho bất cứ loại ảnh đặc biệt nμo

2.1.2.4 Mã hoá dự đoán (Predictive coding)

Như đã nói, nguồn ảnh chứa một lượng thông tin rất lớn Nếu mã hoá trực tiếp nguồn tin nμy theo PCM, tốc độ dòng bit thu được sẽ rất cao Mặt khác, nguồn ảnh lại chứa đựng sự dư thừa vμ tính “có nhớ”: giữa các điểm ảnh lân cận có mối quan hệ tương hỗ với nhau

Mã hoá dự đoán được xây dựng dựa trên nguyên tắc cơ bản như sau:

♦ Lợi dụng mối quan hệ tương hỗ nμy, từ giá trị các điểm ảnh lân cận, theo một nguyên tắc nμo đó có thể tạo nên một giá trị gần giống điểm ảnh hiện hμnh Giá trị nμy được gọi lμ giá trị “dự báo”

♦ Loại bỏ đi tính “có nhớ” của nguồn tín hiệu bằng một bộ lọc đặc biệt có đáp ứng đầu ra lμ hiệu giữa tín hiệu vμo s(n) vμ giá trị dự báo của nó

♦ Thay vì lượng tử hoá trực tiếp các mẫu điểm ảnh, mã hoá dự đoán lượng

tử vμ mã hoá các “sai số dự báo” tại đầu ra bộ lọc “Sai số dự báo”lμ sự chênh lệch giữa giá trị dự báo vμ giá trị thực của mẫu hiện hμnh Do nguồn “sai số dự báo”(error prediction source) lμ nguồn không có nhớ vμ chứa đựng lượng thông tin thấp, nên số bit cần để mã hoá sẽ giảm đi rất nhiều

Phương pháp tạo điểm ảnh dựa trên tổng giá trị của điểm dự đoán vμ sai số dự báo gọi lμ “điều chế xung mã vi sai (DPCM)”

Hình 2.2: Sơ đồ khối bộ mã hoá DPCM

Σ

Bộ dự đoán

Mã hoá entropy

V ’ p +

V: Tín hiệu vào.

e = V-P (P- sai số dự đoán)

e q – là sai số lượng tử

V ’ = e q + p tín hiệu tạo lại

Sơ đồ khối bộ mã hoá và giải mã DPCM có dạng sau:

e q +

Giải mã entropy

Đầu ra giải mã

p

Hình 2.3: Sơ đồ khối bộ giải mã DPCM

Nhằm tránh các lỗi có thể xuất hiện trong khi truyền, một mẫu đầy đủ sẽ được gửi đi theo chu kỳ nhất định cho phép cập nhật được các giá trị chính xác Mã hoá DPCM cũng sử dụng thêm các kỹ thuật dự đoán và lượng tử hoá thích nghi để hoàn thiện thêm kỹ thuật nén này

2.1.2.5 Mã hoá chuyển đổi (Transform coding)

Đối với việc mã hoá riêng rẽ từng điểm một sẽ không đạt được hiệu quả bởi

ta không tận dụng được hết mối quan hệ giữa các khối điểm trong ảnh số Phương pháp mã chuyển vị là một phương pháp có hiệu quả trong việc mã hoá khối điểm thông qua biến đổi tuyến tính các điểm này thành các hệ số chuyển vị và mã hoá các hệ số chuyển vị đó Phương pháp này tập trung vào một số các hệ số chuyển vị

mà không phải là các điểm ảnh của ảnh gốc và lượng thông tin chỉ trong một số ít

hệ số chuyển vị Như vậy, số bit dùng cho quá trình mã hoá sẽ ít đi

Hơn nữa, do hệ thống thị giác của con người không thể nhận biết hoàn toàn các chi tiết của ảnh khi những chi tiết đó biến đổi nhanh so với các biến đổi chậm, bởi vậy để mã hoá các hệ số chuyển vị ở tần số cao, ta chỉ cần một số ít bit mà chất lượng hình ảnh vẫn tốt

2.2 Các chuẩn nén video

Hiệp hội viễn thông quốc tế (ITU) và tổ chức tiêu chuẩn quốc tế/Uỷ ban kỹ thuật điện tử quốc tế (ISO/IEC) là hai tổ chức phát triển các tiêu chuẩn mã hoá Video Theo ITU-T, các tiêu chuẩn mã hoá video được coi là các khuyến nghị gọi tắt là chuẩn H.26x (H.261, H.262, H.263, H.264) Với tiêu chuẩn ISO/IEC, chúng

được gọi là MPEG-x (như MPEG-1, MPEG-2 và MPEG-4) Những khuyến nghị của ITU được thiết kế dành cho các ứng dụng truyền thông video thời gian thực như video Conferencing hay điện thoại truyền hình Mặt khác, những tiêu chuẩn MPEG được thiết kế hướng tới mục tiêu lưu trữ Video chẳng hạn như trên đĩa quang DVD, quảng

bá video số trên mạng cáp, đường truyền số DSL, truyền hình vệ tinh hay những ứng dụng truyền dòng video trên mạng Internet hoặc thông qua mạng không dây Với đối tượng để truyền dẫn video là mạng Internet thì ứng cử viên hàng đầu là chuẩn nén MPEG-4 AVC, còn được gọi là H.264, MPEG-4 part 10, H.26L hoặc JVT

2.3 Nén Video theo tiêu chuẩn MPEG

Nhóm các chuyên gia về ảnh động (Motion Pictures Expert Group-MPEG) làm việc cho tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO (ISO/IEC) có nhiệm vụ nghiên cứu và phát triển các tiêu chuẩn nén, giải nén tín hiệu video, audio Hiện nay các chuẩn nén MPEG đang được sử dụng phổ biến và được các tổ chức ISO/IEC, ITU (International Telecommunication Union) công nhận là chuẩn nén quốc tế, áp dụng cho các hệ truyền hình tại Mỹ, Nhật Bản, Châu âu

MPEG-1: được phát triển vào năm 1988 – 1992, là tiêu chuẩn đầu tiên của MPEG Chuẩn MPEG-1 được sử dụng chủ yếu để nén tín hiệu VCD và các luồng tốc độ thấp khoảng 1.5Mbps MPEG-1 hỗ trợ nén các tín hiệu có phân giải thấp

352 x 240(60Hz) và 352 x 288(50Hz), sử dụng biến đổi cosin rời rạc (DCT) để loại

bỏ dư thừa không gian, có dự đoán và bù chuyển động Điểm nổi bật của MPEG-1 khi đó là có hỗ trợ nén các hình ảnh quét lần lượt

MPEG-2: Được xây dựng từ năm 1991 đến 1994 và vẫn đang được sử dụng rộng rãi đến tận bây giờ MPEG-2 có thuật toán nén tương tự như MPEG-1, song

đã được phát triển lên tầm cao hơn, hoàn chỉnh hơn với hệ thống công cụ và cấp

đa dạng (Profile và Level), hỗ trợ nén cho rất nhiều định dạng tín hiệu video, part 3

là về audio MPEG-2/part 2 tương tự như MPEG-1 song đã có hỗ trợ nén hình ảnh

quét xen kẽ Chính vì vậy, MPEG-2 được sử dụng rộng rãi và chính thức trong các tiêu chuẩn truyền hình DVB, ISDB.

MPEG-3: Được phát triển vào năm 1992 với mục đích áp dụng cho HDTV, tuy nhiên nó bị huỷ bỏ vào năm 1993 do nhận thấy rằng: MPEG-2 hoàn toàn có thể thực hiện cho HDTV

MPEG-4: Là thiết kế của MPEG nhằm hỗ trợ các ứng dụng audio/video hướng đối tượng, các nội dung 3D và hỗ trợ quản lý bản quyền nội dung số DRM (Digital Rights Management) Đây là một định dạng nén/mã hoá video có khả năng truyền thông trong các môi trường băng thông rất khác nhau So với MPEG-2, MPEG-4 ưu việt hơn hẳn về tính năng tương tác Hiện nay đa số các nhà cung cấp dịch vụ Multimedia như, RealNetworks, DivXNetworks, Microsoft đều đã hỗ trợ chuẩn MPEG-4 trong cấu trúc hạ tầng cũng như công cụ Codecs của mình (Apple với Quick Time và các máy chủ Darwin Streaming Servers, RealNetWorks với RealPlayers và các máy chủ Helix Servers, DivXNetworks với DivX, Microsoft với Card Plug-ins cắm nối với Windows Media Players…) Trên môi trường mạng

sử dụng kỹ thuật TCP/UDP Streaming, chuẩn MPEG-4 AVC/H.264 có thể cho phép xem truyền hình trực tuyến Online với chất lượng khá tốt tại các tốc độ bit ≤ 500kbps

MPEG-7: Là một chuẩn dùng để mô tả các nội dung multimedia, chứ không phải là một chuẩn cho nén và mã hoá audio/ảnh động như MPEG-1,MPEG-2 hay MPEG-4 MPEG-7 sử dụng ngôn ngữ đánh dấu mở rộng XML để lưu trữ các siêu

dữ liệu Metadata, đính kèm timecode để gắn thẻ cho các sự kiện hay đồng bộ các

dữ liệu MPEG-7 bao gồm 03 bộ chuẩn sau:

- Bộ các sơ đồ đặc tả (description schemes) và các đặc tả (descriptors);

- Ngôn ngữ xác định DDL (Description Definition Languae) để định nghĩa các sơ đồ đặc tả;

- Sơ đồ mã hoá quá trình đặc tả;

2.3.1 Nén Video theo MPEG-1

Tiêu chuẩn MPEG-1 gồm 4 phần:

Phần 1: Hệ thống (ISO/IEC 11172-1)

Phần 2: Nén video (ISO/IEC 11172-2)

Phần 3: Nén Audio (ISO/IEC 11172-3)

Phần 4: Kiểm tra (ISO/IEC 11172- 4)

MPEG-1 nghiên cứu cách thức ghép nối một hoặc vμi dòng dữ liệu chứa thông tin thời gian để hình thμnh nên một dòng dữ liệu Nó cung cấp qui tắc cú pháp đồng

bộ hoá quá trình phát lại cho một dải ứng dụng Video rộng

MPEG-1 coi ảnh chuyển động như dạng thức dữ liệu máy tính (gồm các điểm ảnh) Cũng như các dữ liệu máy tính (ảnh vμ văn bản), ảnh video chuyển động có khả năng truyền vμ nhận bằng máy tính vμ mạng truyền thông Chúng cũng có thể được lưu trữ trong các thiết bị lưu trữ dữ liệu số như đĩa CD, đĩa Winchester vμ ổ quang

MPEG-1 cung cấp cả các ứng dụng đối xứng vμ không đối xứng:

 Trong ứng dụng không đối xứng, ảnh động được nén một lần, sau đó giải nén nhiều lần để truy cập thông tin, ví dụ trò chơi games

 Trong ứng dụng đối xứng, quá trình nén vμ giải nén phải cân bằng

nhau VD: điện thoại hình, thư điện tử

Để đạt được hiệu suất nén cao mμ vẫn giữ tốt chất lượng ảnh phục hồi, chuẩn MPEG-1 sử dụng cả công nghệ nén trong ảnh (Intraframe) vμ liên ảnh (Interframe) để loại bỏ được cả sự dư thừa không gian vμ thời gian

Do MPEG-1 được phát triển cho lưu trữ dữ liệu số nên đòi hỏi có sự truy cập ngẫu nhiên (Random Access) Cách thức mã hoá tốt nhất cho truy cập ngẫu nhiên lμ mã hoá Intraframe đơn thuần Song do sự dư thừa thông tin về thời gian chưa được loại bỏ nên hiệu suất nén rất thấp Do vậy trong tiêu chuẩn nén MPEG-

1, có sự cân bằng giữa nén trong ảnh (Intraframe) vμ nén liên ảnh (Interframe) bằng cách sử dụng các công nghệ sau đây:

 Mã hoá độ dμi thay đổi (mã Huffman-VLC)

Tức lμ có sự kết kết hợp hai công nghệ nén DPCM vμ Trasform Coding Thuật toán nén MPEG-1 sử dụng bù chuyển động khối để giảm sự dư thừa thời gian với vecto chuyển động cho mỗi khối kích thước 16 x16 điểm ảnh Bù chuyển động được sử dụng cho cả dự báo nhân quả vμ không nhân quả

 Dự báo nhân quả tạo dự báo ảnh hiện hμnh từ ảnh trước đó

 Dự báo không nhân quả tạo dự báo cho ảnh hiện hμnh dựa trên ảnh

trong quá khứ vμ cả tương lai

Vòng lặp DPCM được sử dụng để tạo khung sai số dự báo Sau đó,công nghệ mã hoá chuyển đổi chuyển khung sai số nμy sang miền tần số để nén các hệ

số nhờ lượng tử hoá vμ mã hoá Huffman trước khi truyền tải hay lưu trữ

2.3.1.1 Các thμnh phần ảnh cơ bản trong chuẩn nén MPEG

Các tiêu chuẩn MPEG cấu trúc dữ liệu dạng lớp Bao gồm các thμnh phần

cơ bản sau đây:

 Khối (Block): Lμ đơn vị cơ bản cho chuyển đổi DCT Bao gồm 8x8 điểm ảnh

tín hiệu chói hoặc tín hiệu mμu

 Macro Block: Lμ nhóm các khối DCT tương ứng với thông tin của một cửa sổ

16x16 điểm ảnh gốc Có nhiều dạng Macro Block khác nhau phụ thuộc vμo cấu trúc lấy mẫu được sử dụng

Phần đầu đề (header) của Macroblock chứa thông tin phân loại (Y hay Cb, CR) vμ vector bù chuyển động tương ứng.

 Lát (slice): Được cấu thμnh từ một hay một số MB liên tiếp nhau.

Phần header của slice chứa thông tin về vị trí của nó trong ảnh vμ tham số quét lượng tử (quantized scaling factor) Kích cỡ của slice quyết định bởi mức bảo

vệ lỗĩ cần có trong ứng dụng vì bộ giải mã sẽ bỏ qua slice bị lỗi Hệ số một chiều

DC được định vị tại điểm bắt đầu mỗi slice

 Ảnh: Lớp ảnh cho bên thu biết về loại mã hoá khung I,P,B) Phần header

mang thứ tự truyền tải của khung để bên thu hiển thị khung theo đúng thứ tự, ngoμi ra còn có một số thông tin bổ sung như thông tin đồng bộ, độ phân giải

vμ vecto chuyển động

Hình 2.4: Cấu trúc Macroblock của các dạng lấy mẫu

 Nhóm ảnh (group of picture): Gồm cấu trúc các ảnh I,B vμ P Mỗi nhóm bắt

đầu bằng ảnh I cung cấp điểm vμo ra vμ tìm kiếm Phần header chứa 25 bit thời gian vμ chế độ điều khiển cho VTR vμ thông tin thời gian Trong MPEG

có các cấu trúc nhóm ảnh điển hình như sau:

F 1

KhungCCIR_ 601nguyên thuỷΙBBPBBPBBΙ

Hình 2.5: Các cấu trúc nhóm ảnh trong tiêu chuẩn MPEG

 Chuỗi Video (Video Sequence): lớp chuỗi bao gồm phần header, một hoặc một

số nhóm ảnh (Picture Group) vμ phần kết thúc chuỗi Sequence end Code)

Y C B C R

Frame

me

8X8 8X8 8X8

Hình 2.6: Cấu trúc dòng dữ liệu video MPEG

2.3.1.2 Sự phân loại ảnh MPEG

Tiêu chuẩn nén video MPEG định nghĩa 3 loại ảnh: ảnh I, ảnh B vμ ảnh P.

a Ảnh I: (Intra - Coded Picture)

Các ảnh I được mã hoá theo mode Intra để có thể giải mã mμ không cần sử dụng dữ liệu từ bất cứ một ảnh nμo khác Đặc điểm của phương pháp mã hoá nμy 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 hoá rõ rμng, minh bạch nên số lượng bít yêu cầu lớn

Do được mã hoá Intra, ảnh I bao giờ cũng lμ ảnh đầu tiên trong một nhóm ảnh hay một chuỗi ảnh Nó cung cấp thông tin khởi động các ảnh tiếp theo trong nhóm

b Ảnh P (Predictive Code Picture)

Ảnh P được mã hoá 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 nμy có thể lμ ảnh I hoặc ảnh P gần nhất

 Có sử dụng bù chuyển động Thông tin ước lượng chuyển động của các khối nằm trong vecto chuyển động (motion vecto) Vecto nμy xác định Macroblock nμo được sử dụng từ ảnh trước

Do vậy ảnh P bao gồm cả những MB mã hoá Inter (I - MB) lμ những macroblock chứa thông tin lấy từ ảnh tham chiếu vμ những MB mã hoá Intra lμ

những MB chưá thông tin không thể mượn từ ảnh trước Ảnh P có thể được sử dụng lμm ảnh tham chiếu tạo dự báo cho ảnh sau.

c Ảnh B (Bidirectionally Predicted Pictures)

Ảnh B lμ ảnh mã hoá liên ảnh hai chiều.Tức lμ :

Khung dự báo (B) = khung trước

- khung sau + vecto chuyển động hai chiều

Đường di chuyển của vật thể

Chuỗi ảnh MPEG thường có cấu trúc IBBPBBPBBI nhưng thứ tự truyền dẫn vμ thứ tự hiển thị ảnh lμ khác nhau do khi tạo ảnh B cần thông tin từ cả khung quá khứ vμ tương lai.Như vậy có nghĩa, ảnh trong tương lai cần phải được truyền dẫn

trước Trong khi đó, lúc hiển thị phải theo đúng thứ tự nguồn Để thực hiện điều nμy, lớp ảnh (Picture layer) của dòng dữ liệu MPEG có thông tin về số thứ tự ảnh trợ giúp hiển thị

I 10

P

Thứ tự khung gốcΙ