Video Communication

Nén và Truyền thông Video Pham Quang Anh

Nén và Truyền thông Video 1. Cơ sở về Video số. 2. Tại sao không sử dụng trực tiếp tín hiệu video số trong truyền thông video? 3. Các kỹ thuật nén video. 4. Các chuẩn nén video. 5. Video over IP

Video tương tự và video số • Tín hiệu video là tín hiệu 3-D liên tục (thời gian, hướng thẳng đứng, hướng ngang). • Tín hiệu video tương tự được lưu trữ theo khuôn dạng quét, bao gồm: – Quét theo miền thời gian: video clip là tập các khung hình liên tiếp (thường >=30 frame/s) – Quét theo miền không gian: mỗi khung hình được biểu diễn bởi số dòng quét/frame và số điểm ảnh/dòng. VD: mỗi frame ở dạng HD720p 1368x766 (768 dòng quét, 1366pixel/dòng quét) 1280x720, 1024x768.

Video tương tự và video số (continue) • Biểu diễn số tín hiệu Video: theo 2 cách – Dạng RGB: Các tín hiệu từ TV, camera, máy quét ảnh được lưu trữ dựa trên 3 màu cơ bản Đỏ (Red) Xanh lá cây (Green) và Xanh thẫm (Blue). – Dạng YUV: lưu trữ tín hiệu video theo 3 thành phần: độ sáng (luminance) và sự khác biệt về màu sắc (chrominance). Khuôn dạng này được dùng phổ biến hiện nay trong công nghệ thông tin, trong các chuẩn NTSC(National Television System Committee-TV tương tự) , PAL(Phase Alternating Line:dùng phổ biến trong truyền hình broadcast), SECAM (dạng tiếng pháp của cụm từ:Sequential Color with MemoryTV tương tự).

Video tương tự và video số (continue) • Như vậy để biểu diễn 1 điểm ảnh (pixel): cần biểu diễn 3 thành phần của nó (RGB hoặc YUV). • Chuyển đổi RGB <--> YCbCr Y = 0.257 R + 0.504 G + 0.098 B + 16, C = -0.148 R - 0.291 G_d + 0.439 B_d + 128, C = 0.439 R -0.368 G_d - 0.071 B_d + 128, R = 1.164 Y_d’ + 0.0 C_b’+ 1.596 C_r’, G = 1.164 Y_d’ - 0.392 C_b’ -0.813 C_r’, B = 1.164 Y_d’ + 2.017 C_b’ + 0.0 C_r’,

– Y_d’=Y_d -16, C_b’=C_b-128, C_r’=C_r-128

Dạng biểu diễn YUV 420

Tại sao không sử dụng trực tiếp tín hiệu video số? • Lưu lượng dữ liệu quá lớn: VD – – SQCIF 128 × 96 (QCIF 176 × 144): dùng cho thiết bị video cầm tay, hội thảo video qua mạng điện thoại công cộng cần 1,11Mpix/s (2.28Mpix/s) – CCIR 601 720x480 (TV) sử dụng 31,2Mpix/s. – HDTV 1440x960: 141Mpix/s

Tại sao không sử dụng trực tiếp tín hiệu video số? • Dư thừa quá lớn: biên độ của các điểm ảnh có thể dự đoán được từ biên độ của các điểm ảnh bên cạnh. • Các biểu diễn YUV 444,422,411, 420: phổ biến dùng 420

Các kỹ thuật nén video • Sử dụng các các bộ lượng tử khác nhau để biểu diễn biên độ tín hiệu. • Kỹ thuật dự đoán tuyến tính DPCM. • Kỹ thuật nén tập hợp các điểm ảnh sử dụng vector lượng tử.

Kỹ thuật nén DPCM

Các kỹ thuật nén video (tiếp theo) • Kỹ thuật nén khối các điểm ảnh sử dụng phép biến đổi DCT, WAVELET, FRACTIAL. • Kỹ thuật nén khối sử dụng phương pháp bù chuyển động.

Ví dụ kỹ thuật nén sử dụng phương pháp bù chuyển động

Cấu trúc GOP sử dụng trong phương pháp bù chuyển động

Các chuẩn nén video 1. MPEG-1,2,3,4,7,10,21, JPEG: Là các bộ mã nén sử dụng phương pháp bù chuyển động và phép biến đổi DCT. 2. JPEG-2000, DIRAC: Là các bộ mã nén sử dụng phương pháp bù chuyển động và phép biến đổi DWT. 3. H261, H262, H263, H264: Dựa trên nền là các bộ mã nén MPEG-1, MPEG-2, MPEG4, MPEG-10 tương ứng.

Các chuẩn nén video (Tiếp theo) • MPEG-1: Thiết kế cho các ứng dụng CD-ROM (video CD), dùng để nén các video clip ở tốc độ <=1,5Mb/s. • MPEG-2: Thiết kế cho các ứng dụng giải trí gia đình và truyền quảng bá (DVD, đầu TV kỹ thuật số), dùng để nén các video clip ở tốc độ từ 2Mb/s đến 30Mb/s. • MPEG-4: Thiết kế cho các ứng dụng giải trí cao cấp, điện thoại video, dịch vụ video số và truyền quảng bá (DVD, đầu TV kỹ thuật số), dùng để nén các video clip ở tốc độ từ 2Mb/s trở lên.

Video over IP Thiết kế cần đảm bảo sự thoả hiệp giữa • • • •

Độ phức tạp tính toán và chất lượng video. Trễ thời gian và chất lượng dịch vụ. Tốc độ đường truyền và chất lượng video. Khả năng khôi phục lỗi/đồng bộ và dư thừa truyền dẫn. • Kích thước gói IP và phương pháp nén video được sử dụng.