sh0ck_ke_ta0

New Member
Tải Công nghệ nén ảnh h.264/mpeg - 4 avc và ứng dụng

Download miễn phí Công nghệ nén ảnh h.264/mpeg - 4 avc và ứng dụng


CÔNG NGHỆ NÉN ẢNH H.264/MPEG - 4 AVC VÀ ỨNG DỤNG
Chương 1
CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH CƠ SỞ
1.1. TIÊU CHUẨN VIDEO SỐ THÀNH PHẦN
Trong kỹ thuật viễn thông, truyền hình số thường sử dụng tín hiệu video
số thành phần cho cả hai tiêu chuẩn 625/50 và 525/60. Các tiêu chuẩn này khác
nhau ở tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu và phương pháp lấy mẫu giữa tín hiệu chói và
tín hiệu màu (Y:Cb:Cr).
Các tiêu chuẩn đều dùng cấu trúc lấy mẫu loại trực giao với mã PCM
lượng tử hoá đều, sử dụng 8 hay 16 bít/ mẫu cho tín hiệu chói và màu.
1.1.1.Tiêu chuẩn 4:4:4
Lấy mẫu Y, Cb,Cr
Lấy mẫu Y
Lấy mẫu Cb
Lấy mẫu Cr
Hình 1.1. Tiêu chuẩn 4:4:4
- Tần số lấy mẫu: Y:13,5 MHz ; Cr/Cb: 13,5 MHz
- Phân bố lấy mẫu: Mật độ lấy mẫu của Y, Cr, Cb là như nhau.
- Tốc độ truyền (phụ thuộc hệ màu):
+ Lấy mẫu 8 bít: (720 + 720 + 720) x 576 x 8 x 25 = 249 Mbit/s
+ Lấy mẫu 10 bít: (720 + 720 + 720) x 576 x 10 x 25 = 311 Mbit/s
Nhận xét: Tốc độ dòng bít lớn nhất, chất lượng ảnh màu tốt nhất.


Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:


-18
0
0
0
0
0
0
28
0
0
0
0
0
0
-34
0
0
0
0
0
0
14
0
0
0
0
0
0
18
0
0
0
0
0
0
3
0
0
0
0
0
0
0 0 0 0 0 0 0 0
Hình 1.8. Quá trình mã hoá DCT hai chiều
Hình 1.9. Khối DCT ba chiều
Hệ số DC
0 1 2 3 4 5 6 7
-200
0
200
400
500
0
2
4
6
u
v
CÔNG NGHỆ NÉN ẢNH H.264/MPEG - 4 AVC VÀ ỨNG DỤNG
Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - Lớp: ĐT1001 14
Hình 1.10. Mã hóa và giải mã DPCM
1.6. KỸ THUẬT NÉN TRONG ẢNH
1.6.1. Nguyên lý nén trong ảnh
Nén trong ảnh là loại nén làm giảm bớt thông tin dư thừa trong miền
không gian. Nén trong ảnh sử dụng cả hai quá trình có tổn hao và không có tổn
hao. Quá trình này không sử dụng thông tin các ảnh trước và ảnh sau của ảnh
đang xét. Trong đó kỹ thuật chính là phương pháp biến đổi DCT.
Tín hiệu
ảnh nén
Nguồn
ảnh
Bảng lượng tử
Mã hoá
entropy
Lượng
tử hoá
DCT
thuận
Tiền
xử lý
Điều khiển tốc độ bít
Khuyếch
đại đệm
Mạch
trộn
Trong đó:
• e: sai số dự báo (e = v-p)
• e’: sai số lượng tử hoá
• v’: tín hiệu khôi phục (v’ = e’+p)
+
Lấy mẫu
Mã hoá
entropy
Tín hiệu
ra
Dự báo
Video e e’
p v’
+
-
+ Giải mã
entropy
Dự báo
+
+
p
e’ v’ Tín
hiệu ra
Hình 1.11. Nén trong ảnh (Intra Frame Compression)
CÔNG NGHỆ NÉN ẢNH H.264/MPEG - 4 AVC VÀ ỨNG DỤNG
Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - Lớp: ĐT1001 15
- Miền thời gian cho phép biến đổi DCT được xác định là một mảng 8x8
điểm ảnh.
1.6.2. Tiền xử lý
Trước khi thực hiện biến đổi DCT thì ảnh được chia thành các khối riêng
biệt không trùng nhau MB (Macro Block). Mỗi MB bao gồm 4 block các mẫu tín
hiệu chói Uy và 2, 4 hay 8 block các mẫu tín hiệu màu Cb, Cr. Số các block các
mẫu tín hiệu màu phụ thuộc vào tiêu chuẩn của tín hiệu video, hình 1.12
Tất cả các block có cùng kích thước và mỗi block là một ma trận điểm ảnh
8 x 8 được lấy từ một ảnh màn hình theo chiều từ trái qua phải, từ trên xuống
dưới. Kích thước block được chọn dựa vào:
- Yêu cầu của phương pháp nén là loại bỏ các dư thừa về không gian, vì
thế không cần quan tâm đến các khối pixel có kích thước lớn hơn 8 x 8.
- Sự tiên lợi cho việc tính toán và thiết kế mạch cứng.
0
2
1
3
4 5
0
2
1
3
4 5
6 7
0
2
1
3
4
6 10
5
7
9
11
8
a) 4:2:0 (4:1:1) b) 4:2:2 c) 4:4:4
Hình 1.12. Cấu tạo của Macro Block
Trong đó, thông tin của 1 điểm ảnh bao gồm:
• Toạ độ của một điểm ảnh (x,y).
• Mức tín hiệu chói Y.
• Mức tín hiệu màu Cb, Cr.
8 điểm ảnh
8 điểm
ảnh
1 điểm ảnh
(1 pixel)
1 mảng 8 x 8 điểm ảnh (1 block)
5
9
1
CÔNG NGHỆ NÉN ẢNH H.264/MPEG - 4 AVC VÀ ỨNG DỤNG
Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - Lớp: ĐT1001 16
1.6.3. Lƣợng tử hoá khối DCT
Tín hiệu Y, Cr, Cb sau tiền xử lý chia thành các MB (Macro block). Các
mẫu f(i,j) trong từng Block qua phép biến đổi DCT thuận tạo thành các hệ số
biến đổi F(u,v) sẽ được lượng tử hóa theo sơ đồ hình 1.13
a) Nguyên tắc lượng tử
Chia các hệ số F(u, v) cho các hệ số ở vị trí tương ứng trong bảng lượng tử
Q(u,v). Các hệ số tần thấp được chia cho các giá trị nhỏ, các hệ số ứng với tần
cao được chia cho các giá trị lớn hơn. Sau đó các hệ số được làm tròn (bỏ đi các
phần thập phân).
Kết quả nhận được bảng Fq(u, v) mới. Trong đó phần lớn các hệ số tần cao
sẽ bằng 0. Hệ số bảng lượng tử hóa thuận được xác định theo biểu thức:
),(
),(
),(
vuQ
vuF
vuFq
= giá trị nguyên gần nhất
),(
2/),(),(
vuQ
vuQvuF
Các giá trị Fq (u, v) sẽ được mã hóa trong các công đoạn tiếp theo.
Hình 1.13. Quá trình nén ảnh bằng phƣơng pháp DCT
Định dạng khối
và cấu trúc khối
Y
Cr
Cb
Điều khiển đệm
Dòng tín
hiệu nén
DCT RLC VLC
Lượng
tử hoá
Bộ
đệm
Quét
zic-zắc
Phần lớp năng
lượng khối
Xác định thời
Lựa chọn tốc
dộ dòng bít ra
Bảng
trọng số
Mã DPCM
hệ số DC
Hệ số cân
bằng
Bảng
Huffman
CÔNG NGHỆ NÉN ẢNH H.264/MPEG - 4 AVC VÀ ỨNG DỤNG
Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - Lớp: ĐT1001 17
b) Bảng lượng tử (Bảng trọng số)
Bảng lượng tử được xây dựng theo nguyên tắc: mắt người ít cảm nhận
được nội dung ở tần số cao và đặc biệt càng kém nhạy với nội dung ở tần số cao
của kênh màu. Do đó:
+ Các hệ số tương ứng với thành phần DC và các thành phần tần số thấp
có giá trị lớn nên phải được lượng tử chính xác.
+ Các hệ số tương ứng với thành phần tần số cao (AC) có giá trị nhỏ nên
cho phép sai số, ta có thể chia với một số lớn hơn.
Bảng 1.1. Bảng lƣợng tử cho tín hiệu chói và màu:
16 11 10 16 24 40 51 61 17 18 24 47 99 99 99 99
12 12 14 19 26 58 60 55 18 21 26 66 99 99 99 99
14 14 16 24 40 57 69 56 24 26 56 99 99 99 99 99
14 17 22 29 51 57 69 56 47 66 99 99 99 99 99 99
18 12 37 56 68 109 103 77 99 99 99 99 99 99 99 99
24 35 55 64 81 104 113 92 99 99 99 99 99 99 99 99
49 64 78 87 103 121 120 101 99 99 99 99 99 99 99 99
72 92 95 98 112 100 103 99 99 99 99 99 99 99 99 99
Ma trận lượng tử kênh chói Ma trận lượng tử kênh màu
1.6.4. Mã hoá entropy
Mã hoá entropy gồm các quá trình sau:
a) Quét zíc-zắc
Quét zíc-zắc nhằm biến đổi mảng hai chiều các hệ số C’(u,v) thành chuỗi
số một chiều. Với ma trận 8x8 sẽ thành vector 1x64 như ở hình 1.14.
b) Mã RLC và DPCM
- Mã DPCM: Do giá trị của thành phần DC là lớn, thay đổi nhưng gần
với giá trị của block trước đó  Điều chế DPCM cho thành phần DC.
- Mã RLC: Thành phần AC sau quá trình quét zíc-zắc  Các hệ số có
giá trị 0 giống nhau sẽ được thay bằng mã RLC. Dấu EOB (End of Block) được
dùng để đánh dấu vị trí bắt đầu của chuỗi các số 0 liên tiếp.
CÔNG NGHỆ NÉN ẢNH H.264/MPEG - 4 AVC VÀ ỨNG DỤNG
Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - Lớp: ĐT1001 18
c) Mã hoá VLC
Sau biến đổi RLC các từ mã có tần suất xuất hiện cao sẽ được mã hoá
bằng các từ mã ngắn. Và các từ mã có tần suất xuất hiện thấp sẽ được mã hoá
bằng các từ mã dài. Quá trình này được gọi là phương pháp mã hoá có độ dài
từ mã thay đổi (VLC).
- Với thành phần DC: Giá trị sai lệch hệ số DC sẽ được mã hóa nhờ bảng
phân loại và bảng Huffman (dựa vào đặc tính thống kê của tín hiệu) như ở hình
3.11.
- Với thành phần AC: Hệ số AC cũng được mã hóa nhờ bảng phân loại
(giống như DC) và bảng Huffman (nhưng khác DC) như ở hình 1.15.
Hình 1.14. Ví dụ về mã RLC
Giá trị DC có trong khối DCT trước = 25.
Vì vậy giá trị DC khi mã hoá RLC còn là:
40 – 25 = 15
VLC RLC
40
10
3
0
0
-2
2
0
0
0
0
0
0
0
-1
0
0

0
15
0,10
0,3
2,-2
0,2
7,-1
EOB
110 1111
1011 1010
01 11
11111000 01
01 10
111110010
1010
AC 0,1
DC
40
3
0
0
0
0
0
10
0
0
0
0
0
0
-2
0
0
0
0
0
0
2
0
0
0
0
0
0
-1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0 0 0 0 0 0 0 0
AC 0,7
AC 7,0 AC 7,7
Các hệ số C’(u,v)
Chuỗi quét
zíc-zắc
Các hệ số DCT của khối dữ liệu sau mã hoá VLC còn 48 bít
110 1111 1011 1010 01 11 11111000 01 01 10 111110010 1010
CÔNG NGHỆ NÉN ẢNH H.264/MPEG - 4 AVC VÀ ỨNG DỤNG
Sinh viên: Phùng Duy Thịnh - Lớp: ĐT1001 19
Bảng 1.2. Bảng phân loại và bảng Huffman cho thành phần DC chói
Các hệ số DC sai lệch Phân loại Từ mã (chói)
-255…-128; 128…255 8 1111110
-127…-...
 

Các chủ đề có liên quan khác

Top