Nghiên cứu các chuẩn mã hóa video và ứng dụng trong các hệ thống di động

HỌC

VIỆN

CÔNG

NGHỆ

BƯU

CHÍNH

VIỄN

THÔNG

Phạm

Thị

Huyên







NGHIÊN

CỨU

CÁC

CHUẨN

MÃ

HOÁ

VIDEO

VÀ

ỨNG

DỤNG

TRONG

CÁC

HỆ

THỐNG

DI

ĐỘNG







Chuyên

ngành:

Khoa

học

máy

tính


Mã

số:

60.48.01





TÓM

TẮT

LUẬN

VĂN

THẠC

SĨ

Hà Nội - 2012




Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC

VIỆN

CÔNG

NGHỆ

BƯU

CHÍNH

VIỄN

THÔNG



Người hướng dẫn khoa học:

TS. Vũ Văn Thỏa

Phản biện 1:

……………………………………………………………

Phản biện 2:

………………………………………………………….


Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học

viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông


Vào lúc: giờ ngày tháng năm




Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1

MỞ ĐẦU


Trong những năm gần đây, nhu cầu các dịch vụ dữ liệu trên mạng di động,

nhất

là
dữ

liệu

đa phương

tiện

là rất lớn.

Cùng

với

nhu

cầu

đó, vấn

đề

đặt

ra

là làm

thế nào

tìm
được

một

kỹ thuật

mã

hoá

dữ

liệu chuẩn, có hiệu quả để truyền các dữ liệu này trên mạng
di động.

Hiện nay, chúng ta đang sống trong một kỷ nguyên mới “Kỷ nguyên truyền thông đa
phương tiện”. Các thiết bị mới, các kỹ thuật

mới lần lượt ra đời nhằm mục đích đáp ứng
nhu cầu giải trí cho con người ngày một tốt

hơn. Các ứng dụng đa

phương

tiện thời gian
thực truyền trên mạng di động, mạng Internet, mạng truyền hình…ngày càng phát triển rầm

rộ. Các nhà sản xuất thiết bị chú trọng áp dụng các công nghệ nén tiên tiến vào thiết bị của
mình

nhằm

thõa

mãn

nhu

cầu

“chất

lượng

trung

thực

về

âm

thanh,

hình

ảnh”

của

khách
hàng

cũng như khả năng đáp ứng

yêu cầu thực tế của công nghệ.

Trong thực tế,

gắn liền
giữa độ phức tạp, tốn kém chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng, thiết bị đầu cuối…, luôn đi kèm với
công nghệ cao. Bên cạnh đó vấn đề truyền thông nội dung đa phương tiện hiện nay đang
gặp một số khó khăn: băng thông đường truyền, nhiễu kênh, giới hạn của pin cho các ứng
dụng…. Trong khi băng thông kênh truyền phải chờ đợi một công nghệ mới của tương lai
mới có thể cải thiện, còn việc cải thiện giới hạn của pin dường như không đáp ứng được sự
phát triển của các dịch vụ trong tương lai, thì phương pháp giảm kích thước dữ liệu bằng
các kỹ thuật nén là một cách giải quyết hiệu quả các khó khăn trên.

Để

có

thể

hiểu

biết

hơn

về

các

tiêu

chuẩn

nén

tiên

tiến

này,

em

đã

chọn

đề

tài
“Nghiên

cứu

các

chuẩn

mã

hóa

video

và

ứng

dụng

trong

các

hệ

thống

di

động

”
làm đề
tài luận văn của mình.

Từ

những

phân

tích

trên,

có

thể

thấy rằng

đề

tài

“Nghiên

cứu

các

chuẩn

mã

hóa

video

và

ứng

dụng

trong

các

hệ

thống

di

động

”
mang tính cấp thiết và có ý nghĩa cả về lý
thuyết lẫn ứng dụng thực tế. Luận văn bao gồm những chương sau:

Chơng

1:

Các

chuẩn

mã

hóa

video


Chơng

2:

Ứng

dụng

các

chuẩn

mã

hóa

video

trong

MobileTV


Chơng

3:

Nghi

n

cứu

các

giải

pháp

ánh

giá

chất



ng

video

trong

các

hệ

thống

di

ộng


Sau một thời gian nỗ lực hết mình, về cơ bản luận văn cũng đã cho cái nhìn tổng quát
về các chuẩn

mã hóa

MPEG2, MPEG-4 và H.264, đồng thời với

ứng dụng các chuẩn

mã
hoá trong MobileTV cũng giúp cho ta hiểu rõ hơn

những ưu điểm của

các chuẩn

mã hóa
này. Tuy nhiên do có sự hạn chế về kinh nghiệm, thời gian,…nên sẽ không tránh khỏi sai
2
sót, kính mong Quý Thầy Cô, bạn bè, đồng nghiệp tham khảo đóng góp ý kiến để luận văn
được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn
TS.

Vũ

Văn

Thoả
đã bớt thời gian quý báu, hướng dẫn
tận tình và cung cấp tài liệu bổ ích cho em trong quá trình làm luận văn. Đồng thời cũng xin
cảm

ơn

Quý

Thầy Cô

của

Học

viện

công

nghệ

bưu

chính

viễn

thông

đã

tận

tình

dạy dỗ,
truyền

thụ

kiến

thức

và

kinh

nghiệm

cho

em

trong

thời

gian

học

tập

và

nghiên

cứu

tại
trường.

3
CHƠNG

1-

CÁC

CHUẨN

MÃ

HÓA

VIDEO


1.1

Chuẩn

MPEG2


1.1.1

Tổng

quan

về

MPEG-2


1.1.1.1 Lịch sử phát triển của chuẩn nén MPEG

Thuật

ngữ

MPEG

viết

tắt

của

cụm

từ

Moving

Picture

Experts

Group

là

1

nhóm
chuyên

nghiên

cứu

phát

triển

các

tiêu

chuẩn

về

hình

ảnh

số

và

nén

âm thanh

theo

chuẩn
ISO/IEC từ năm 1988. Cho đến nay nhóm làm việc MPEG đã phát triển và phát hành nhiều
tiêu

chuẩn

nén

cho

các

loại

ứng

dụng

khác

nhau,

nhưng

nổi

bật

là

các

chuẩn

MPEG-1,
MPEG-2, MPEG-4, và H.264/AVC. MPEG chỉ là một tên riêng, tên chính thức của nó là:
ISO/IEC JTC1 SC29 WG11.

1.1.1.2 Kỹ thuật mã hóa VIDEO MPEG-2

Tất cả các chuẩn quốc tế hiện tại cho nén video như là MPEG-1,2,4, ITU-T H261,
H263, H264 đều là các

sơ đồ

mã hóa lai. Các sơ đồ

này dựa trên

các

nguyên lý của dự
đoán bù chuyển động và mã hóa chuyển đổi trên cơ sở khối.

Các khung mã hóa Intra (các khung I) được phân chia thành các khối 8x8 pixels. Các
khối này tiếp theo được nén sử dụng DCT, lượng tử hóa (Q), quét zig-zag, mã hóa Entropy
(sử dụng kỹ thuật mã hóa có độ dài từ mã thay đổi VLC). Các khung mã hóa Inter là kết quả
của bù chuyển động bằng cách trừ đi một dự đoán đã được bù chuyển động. Các khung dư
(khung sai số) sau đó được chia thành các khối 8x8 pixel và được nén theo cách giống như
với các khối của khung I.

1.1.2.

Thuật

toán

Watermarking

cho

VIDEO

MPEG-2


Ý tưởng chung của Watermarking là nhúng một vài dữ liệu mở rộng vào trong một bản
tin chủ. Thông tin nhúng gọi là watermark và dữ liệu chủ gọi là vật mang. Các ứng dụng của
Watermarking có thể là bảo vệ bản quyền, nhận thực, ẩn dữ liệu, các thông tin mật…

Watermarking

tại

miền

không

gian


Các thuật toán watermarking thế hệ đầu tiên làm việc trong miền không gian bởi vì nó ít
yêu cầu phức tạp và đắt trong xử lý máy tính. Một phương pháp trong đó là mã hóa LSB: bit
LSB của byte dữ liệu sẽ được sửa đổi để nhúng các watermark. Mã hóa LSB rất dễ bị bẻ vỡ vì
4
nó chỉ thực hiện che phần LSB của các byte dữ liệu, vì vậy nó nhanh chóng được thay thế bằng
các kỹ thuật khác.

Watermarking

tại

miền

DCT


Chúng ta thấy rằng sau khi chuyển đổi miền làm việc từ

miền không gian sang miền
DCT, sự tương quan của các pixel không gian sẽ được giải tương quan thành các phần tần số rời
rạc. Hệ số DC và tần số thấp của ma trận DCT sẽ quyết định các đặc tính tự nhiên nhất của một
ảnh. Sau khi cắt xén các hệ số tần số cao, tính trung thực của ảnh vẫn còn đủ tốt cho sự cảm thụ

thị giác con người thông qua biến đổi ngược IDCT. Vì vậy một phương pháp tự nhiên là nhúng
một ma trận các hệ số DCT watermark vào một ma trận các hệ số DCT ảnh trong vùng tần số
trung bình hay thấp hơn để đạt được watermark mạnh
Tính

chất

mạnh

của

watermarking

DCT

là

nếu

một

kẻ

tấn

công

cố

gắng

loại

bỏ
watermarking tại các tần số trung bình thì sẽ phá mất đi tính trung thực của ảnh, vì một vài chi
tiết thu nhận là tại các tần số trung bình.

1.1.3

Công

nghệ

mã

hóa

và

giải

mã

Video

trong

MPEG2

•

Mã

hoá

MPEG

-2:

Tín hiệu Video và Audio được mã hóa (theo như nguyên lý mã hóa MPEG ) và tạo thành
các dòng dữ liệu cơ sở ES (Elementary Stream). Dòng ES được sử dụng để tạo nên dòng dữ liệu
cơ sở được đóng gói

PES (Packetized Elementary Stream). Dòng PES lại được tiếp tục đóng gói
tạo thành dòng truyền tải TS (Transport Stream).

•

Giải

mã

MPEG

-2:


MPEG -2 Coder và Decoder không nhất thiết phải có cùng cấp chất lượng. Tính phân cấp
cho phép các bộ giải mã MPEG đơn giản, rẻ tiền, có khả năng giải mã một phần của toàn bộ

dòng bít và như vậy có khả năng tạo được hình ảnh tuy chất lượng có thấp hơn các bộ giải mã
toàn bộ dòng bít.

1.1.4.

Các

Profiles

và

Levels

trong

MPEG2



Profiles:
Là khái niệm cho ta biết cấp chất lượng bộ công cụ mã hóa được sử dụng
chuẩn mã hóa này. Ở đây có sự thoả hiệp giữa tỷ số nén và giá thành bộ giải nén.

Levels

:

Khái

niệm Levels trong chuẩn

MPEG-2 cho

ta biết mức độ

phân

giải của
ảnh, bao gồm từ định dạng trung gian cho nguồn tín hiệu SIF ( Source Intermediate
Format), định dạng cơ sở MPEG -1 (360 x 288 @ 25Hz hay 360 x 240 @ 30Hz), đến
5
truyền hình số phân giải cao HDTV (hệ thống truyền hình với trên 1000 dòng quét).

1.2

Chuẩn

MPEG4


1.2.1

Tổng

quan

về

MPEG4

MPEG-4 là chuẩn ISO/IEC được phát triển bởi nhóm MPEG (Moving Picture Expert
Group), nhóm này cũng đã xây dựng các chuẩn MPEG-1 và MPEG-2. Các chuẩn này mô tả
phương pháp tương tác hình ảnh trên CD-ROM, DVD và truyền hình số. MPEG-4 với tên
gọi chính thức do ISO/IEC đặt tên là "ISO/IEC 14496" hoàn thành 10/1998 và trở thành tiêu
chuẩn quốc tế 1/1999. Các mở rộng để tương thích hoàn toàn với các chuẩn trước đó được
hoàn thành vào cuối năm 1999, phiên bản này được gọi là MPEG-4 Version 2, được công
nhận là chuẩn quốc tế đầu năm 2000. Một số mở rộng được các nhóm làm việc trong MPEG
tiếp tục đưa vào kể từ đó đến nay. MPEG-4 dựa vào sự thành công của ba lĩnh vực:

- Truyền hình số

- Các ứng dụng tương tác đồ hoạ (tổng hợp nội dung)

- Tương tác đa phương tiện (World Wide Web, phân phối và truy cập nội dung)
Mã hoá video theo tiêu chuẩn MPEG-4 là đề tài phức tạp có phạm vi rộng, chúng ta
đề cập về nguyên lý cơ bản của mã hoá video theo tiêu chuẩn MPEG-4, có thể được sử dụng
làm cơ sở cho việc xem xét, nghiên cứu các kỹ thuật nén video theo MPEG-4 cụ thể.

1.2.2.

Công

nghệ

mã

hóa

video

trong

MPEG-4


Không giống các chuẩn MPEG trước đó, ví dụ như trong MPEG-2, nơi mà nội dung
được tạo ra từ nhiều nguồn như video ảnh động,

đồ họa, văn bản… và được tổ hợp thành
chuỗi các khung hình phẳng, mỗi khung hình (bao gồm các đối tượng như người, đồ vật, âm
thanh, nền khung hình…) được chia thành các phần tử ảnh pixels và xử lý đồng thời, giống
như cảm nhận của con người thông qua các giác quan trong thực tế. Các pixels này được mã
hoá như thể tất cả chúng đều là các phần tử ảnh video ảnh động. Tại phía thu của người sử
dụng, quá trình giải mã diễn ra ngược với quá trình mã hoá không khó khăn. Vì vậy có thể
coi

MPEG-2

là

một

công

cụ

hiển

thị

tĩnh,

và

nếu

một

nhà

truyền

thông

truyền

phát

lại
chương

trình

của

một

nhà

truyền

thông

khác

về

một

sự

kiện,

thì

logo

của

nhà

sản

xuất
chương trình này không thể loại bỏ được. Với MPEG-2, bạn có thể bổ xung thêm các phần
tử đồ hoạ và văn bản

vào chương trình hiển

thị cuối cùng (theo

phương thức chồng lớp),
nhưng không thể xoá bớt các đồ hoạ và văn bản có trong chương trình gốc.
6
Chuẩn MPEG-4 khắc phục được hạn chế này và là một chuẩn động dễ thay đổi. Với
MPEG-4,

các

đối

tượng

khác

nhau

trong

một

khung

hình

có

thể

được

mô

tả,

mã

hoá

và
truyền đi một cách riêng biệt đến bộ giải mã trong các dòng cơ bản ES (Elementary Stream)
khác nhau.

1.2.3

Các

PROFILE

và

LEVEL

trong

MPEG4


Chuẩn MPEG-4 bao gồm nhiều tính năng ưu việt khác nhau, không phải bất kỳ ứng

dụng nào cũng đòi hỏi tất cả các tính năng của MPEG-4. Để sử dụng công cụ MPEG-4 một
cách hiệu quả nhất, mỗi thiết bị chuẩn MPEG-4 sẽ chỉ được trang bị một số tính năng phù
hợp với một phạm vi ứng dụng nhất định, và để tạo điều kiện cho người sử dụng lựa

chọn
công cụ MPEG-4, các thiết bị MPEG-4 chia thành các nhóm công cụ gọi là các profile, mỗi
nhóm (profile) chỉ chứa một vài tính năng cần thiết của chuẩn

mã hoá thích hợp cho

một
phạm vi ứng dụng nào đó. Điều này cho phép người sử dụng dễ dàng lựa chọn bộ công cụ
hỗ trợ các tính năng mà họ cần từ vô số các bộ công cụ MPEG-4 khác nhau. Mỗi profile lại
có các mức levels khác nhau, thể hiện mức độ phức tạp xử lý tính toán dữ liệu của công cụ
đó (thông qua việc định rõ tốc độ bit, con số tối đa của các đối tượng trong khung hình, độ
phức tạp của quá trình giải mã audio …)

1.2.4

Các

bộ

phận

cấu

thành

chuẩn

MPEG4


MPEG-4 bao gồm các bộ phận riêng rẽ, có quan hệ chặt chẽ với nhau và có thể được
triển khai ứng dụng riêng hay tổ hợp với các phần khác. Các phần cơ bản là:
 Phần 1: System;
 Phần 2: Visual;
 Phần 3: Audio;
 Phần 4: Conformance xác định việc triển khai một MPEG-4 sẽ như thế nào


Phần 5: Các phần

mềm tham chiếu, đưa ra

một nhóm các phần mềm tham chiếu
quan

trọng,

được

sử

dụng

để

triển

khai

MPEG-4

và

phục

vụ

như

một

ví

dụ

demo

về

các
bước phải thực hiện khi triển khai.


Phần

6:

Khung

chuẩn

cung

cấp

truyền

thông

đa

phương

tiện

tích

hợp

DMIF
(Delivery Multimedia

Integration Framework), xác định một giao diện giữa các ứng dụng
và mạng/lưu trữ.
 Phần 7: Các đặc tính của một bộ mã hoá video tối ưu (bổ xung cho các phần mềm
tham chiếu, nhưng không phải là các triển khai tối thiểu cần thiết).

7
Các phần mới bổ xung tiếp cho chuẩn MPEG-4 sau này là:
 Phần 8: Giao vận (về nguyên tắc không được xác định trong chuẩn, nhưng phần 8
xác định cần ánh xạ như thế nào các dòng MPEG-4 vào giao vận IP).
 Phần 9: Mô tả phần cứng tham chiếu (Reference Hardware Description).


Phần

10:

MPEG-4

Advanced

Video

Coding/H.264

là

thành

tựu

mới

nhất

về

nén
video.
 Phần 11: Mô tả khung hình (Scene Description - được tách ra từ phần 1).
 Phần 12: Định dạng file truyền thông ISO (ISO Media File Format).


Phần

13:

Quản

lý

bản

quyền

nội

dung

IPMP

(Intellectual

Property

Management

and Protection Extentions).
 Phần 14: Định dạng file MP4 (trên cơ sở phần 12).
 Phần 15: Định dạng file AVC (cũng trên cơ sở phần 12).

 Phần 16: AFX (Animation Framwork eXtensions) và MuW (Multi-user Worlds)

1.2.5

Một

số

ứng

dụng

chuẩn

MPEG4


Khả năng phân cấp và phân chia độc lập các khung hình thành các đối tượng khiến
cho MPEG-4 trở thành một công cụ hữu hiệu trong việc tạo thuận lợi cho các ứng dụng trên
Internet

nói

riêng

và

trên

môi

trường

mạng

nói

chung

(kể

cả

các

mạng

LAN,

WAN,
Intranet…) đó là các ứng dụng:
 Truyền thông multimedia theo dòng (Multimedia stream), trong đó dòng audio và
video sẽ được biến đổi thích nghi với yêu cầu băng thông và chất lượng hình nhờ loại bỏ
những đối

tượng

(hình

ảnh,

âm thanh)

không

cần thiết khỏi

dòng

dữ liệu và

đồng bộ

các
thông tin được nhúng trong dòng dữ liệu đó.
 Lưu giữ và phục hồi dữ liệu audio và video: do MPEG-4 phân chia các khung hình
thành các đối tượng, việc trình duyệt Browser trên cơ sở nội dung (đối tượng) mong muốn
sẽ được thực hiện một cách dễ dàng và nhờ vậy, các ứng dụng lưu giữ hay phục hồi thông
tin trên cơ sở nội dung MPEG-4 sẽ được thuận lợi hơn;


Truyền

thông

báo

đa

phương

tiện:

các

thông

báo

dưới

dạng

text,

audio

và

video
MPEG-4 sẽ được truyền đi với yêu cầu băng thông ít hơn, và có khả năng tự điều chỉnh chất
lượng cho phù hợp với khả năng băng thông của thiết bị giải mã;


Thông tin giải trí: những sự trình diễn

nghe nhìn tương

tác (thế

giới ảo, trò chơi
tương tác …) có thể được triển khai trên cơ sở chuẩn MPEG-4 sẽ làm giảm yêu cầu về băng
8
thông và làm cho thế giới ảo trở nên sinh động và giống như thực tế trên các trang web

1.3

Chuẩn

H264


1.3.1

Tổng

quan

về

chuấn

nén

H264

Chuẩn nén video

mới

nhất H264, còn được biết với tên gọi MPEG-4 Part 10/AVC
(Advanced

Video

Coding-

Mã

hóa

video

nâng

cao).

H264

được

mong

đợi

sẽ

trở

thành
chuẩn nén video được sử dụng rộng rãi nhất trong thời gian sắp tới.
H264

là

một

chuẩn

mở

hỗ

trợ

hầu

hết

các

công

nghệ

nén

video

hiện

nay.

Mã

hóa
H264 có thể giảm kích cỡ của một file video tới 80% so với chuẩn MPEG và 50% so với
chuẩn MPEG 4 Part 2 mà vẫn giữ lại được chất lượng của hình ảnh. Do đó, sử dụng H264
giúp giảm thiểu băng thông truyền tải trong mạng máy tính và giúp không còn tốn quá nhiều
dung

lượng

để

lưu

trữ

các

file

video.

Nhìn

theo

một

cách

khác,

với

một

số

bit

rate

thấp
nhưng chúng ta vẫn có thể có được chất lượng video tốt.

1.3.2

Những

đặc

tính

nổi

bật

của

chuẩn

H264


H264 là kết quả của một dự án hợp tác giữa tổ chức ITU-T’s Video Coding Experts
Group và ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG).
Được thiết kế nhằm giải quyết các yếu điểm trong các chuẩn mã hóa video trước đây,
H264 được đặt ra với các tính năng nổi bật sau:


Giảm được số bit rates trung bình tới 50% và vẫn đưa ra được một chất lượng video
cố định so sánh với bất kì chuẩn video nào khác.


Giảm thiểu lỗi khi truyền video qua nhiều mạng khác nhau.


Mang lại khả năng truyền video với độ trễ thấp (phù hợp trong video conferencing),
độ trễ cao hơn đi kèm với chất lượng tốt hơn.


Cấu trúc rõ ràng giúp đơn giản hóa quá trình hoạt động.



Có quá trình giải mã toán chính xác, đưa ra chính xác cần bao nhiêu phép tính số học
cần được bộ mã hóa và bộ giải mã thực hiện, do đó tránh được lỗi trong quá trình tích
lũy.

1.3.3

Kỹ

thuật

nén

video

H264


Đầu tiên bộ giải mã Entropy nhận được các dòng bit nén từ NAL, một mặt sẽ giải mã
Entropy để tách thông tin đầu mục và vector dự đoán chuyển động đưa vào bù chuyển động,
mặt

khác

các

hệ

số

DCT

được

giải

lượng

tử

và

biến

đổi

ngược

IDCT

để

biến

tín

hiệu

từ

9
miền tần số thành tín hiệu ở miền không gian, các hệ số biến đổi ngược thu được sẽ cộng
với tín hiệu dự đoán. Sau đó một phần được đưa qua bộ lọc tách khối để loại bỏ hiện tượng
nhiễu trước khi đưa vào lưu trữ, phần còn lại được sử dụng cho mục đích dự đoán.

1.3.4

So

sánh

đặc

điểm

nổi

bật

của

các

chuẩn

nén



Chuẩn

MPEG2:

Chuẩn MPEG là một chuẩn thông dụng đã được sử dụng rộng rãi trong hơn một thập
kỉ qua. Tuy nhiên, kích thước fle lớn so với những chuẩn mới xuất hiện gần đây, và có thể
gây khó khăn cho việc truyền dữ liệu.

Chuẩn

MPEG4:

MPEG-4 là chuẩn cho các ứng dụng MultiMedia. MPEG-4 trở thành một tiêu chuẩn
cho nén ảnh kỹ thuật truyền hình số, các ứng dụng về đồ hoạ và Video tương tác hai chiều
(Games, Videoconferencing) và các ứng dụng Multimedia tương tác hai chiều (World Wide
Web

hoặc

các

ứng

dụng

nhằm

phân

phát

dữ

liệu

Video

như

truyền

hình

cáp,

Internet
Video ). MPEG -4 đã trở thành một tiêu chuẩn công nghệ trong quá trình sản xuất, phân
phối và truy cập vào các hệ thống Video. Nó đã góp phần giải quyết vấn đề về dung lượng
cho các thiết bị lưu trữ, giải quyết vấn đề về băng thông của đường truyền tín hiệu Video
hoặc kết hợp cả hai vấn đề trên.

Chuẩn

H

264:

Chuẩn H 264AVC, cũng được biết đến như là chuẩn MPEG 10, nổi lên dẫn đầu trong
lĩnh vực công nghệ nén hình ảnh. H 264 cũng cho chất lượng hình ảnh tốt nhất, kích thước
file nhỏ nhất, hổ trợ DVD, và truyền với tốc độ cao so với các chuẩn trước đó. H264 cũng là
một chuẩn phức hợp.

10

CHƠNG

2

-

ỨNG

DỤNG

CÁC

CHUẨN

MÃ

HÓA

VIDEO


TRONG

MOBILETV


2.1

Tổng

quan

về

Mobi

eTV


2.1.1

Giới

thiệu

chung


Truyền

hình

di

động

(Mobile

TV)

là

công

nghệ

mã

hoá

và

truyền

dẫn

các

chương
trình truyền hình hoặc video để có thể thu được trên các thiết bị di động như điện thoại di
động, các thiết bị hỗ trợ số cầm tay (PDA), các thiết bị đa phương tiện vô tuyến, các máy
điện thoại có khả năng thu tín hiệu truyền hình di động.
Với

Mobile

TV

người

xem có

thể

truy nhập

một

dải

rộng

các

chương

trình

truyền
hình

trong

khi

di

chuyển.

Các

chương

trình

truyền

hình

có

thể

được

truyền

tải

dòng
(streaming)

tới

máy

di

động

để

xem

ở

tốc

độ

giống

như

khi

được

phát

hoặc

các

chương
trình

có

thể

được

xem

với

trễ

thời

gian

hoặc

có

thể

được

ghi

lại

toàn

bộ

giống

như

băng
cassette video hoặc đĩa DVD. Mobile TV không chỉ cho phép truyền dẫn một chiều thông
thường mà còn cho phép truyền tín hiệu truyền hình tương tác nhờ sử dụng các kênh phản
hồi cung cấp bởi mạng tế bào.
Các yêu cầu về mặt công nghệ hỗ trợ việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động là:
- Truyền dẫn theo khuôn dạng lý tưởng phù hợp với các thiết bị truyền hình di động.
- Công nghệ tiêu thụ công suất thấp;
- Thu nhận tín hiệu ổn định khi di động;
-

Chất

lượng

hình

ảnh

rõ

nét

mặc

dù

bị

tổn

hao

tín

hiệu

do

fading

và

hiệu

ứng

đa
đường;
- Hỗ trợ di động ở tốc độ lên tới 250 km/h hoặc cao hơn;
- Có khả năng thu tín hiệu trong một vùng rộng khi di chuyển.
Hiện

nay có

hai

phương

pháp

chính

để

phát

tín

hiệu

truyền

hình

di

động.

Phương
pháp thứ nhất là phát qua mạng tế bào hai chiều và phương pháp thứ hai là phát qua mạng
quảng bá dành riêng, một chiều. Mỗi phương pháp có các ưu nhược điểm riêng:
- Phát tín hiệu truyền hình qua mạng tế bào có ưu điểm là sử dụng được cơ sở hạ tầng
mạng đã được thiết lập, do đó sẽ giảm chi phí triển khai. Đồng thời, nhà khai thác đã có sẵn
thị

trường

truy nhập

tới

các

thuê

bao

hiện

tại,

các

thuê

bao

này chỉ

cần

đăng

ký

dịch

vụ
truyền hình di động mà họ muốn sử dụng.
11
- Các hệ thống Mobile TV dành riêng được thiết kế để tối ưu hoá sự phân phát tín
hiệu truyền hình di động. Các hệ thống này có thể phát trên mặt đất, phát qua vệ tinh hoặc
kết hợp cả mặt đất và vệ tinh. Một trong những ưu điểm chính của các hệ thống Mobile TV
dành riêng là nội dung Mobile TV có thể được phát quảng bá tới nhiều người sử dụng đồng
thời. Nhược điểm của các hệ thống này là yêu cầu đầu tư đáng kể vào cơ sở hạ tầng mạng
và các lựa chọn nội dung bị hạn chế.
Như

vậy,

Mobile

TV

được phân

loại thành

Mobile

TV dựa trên các

mạng

3G, các

mạng quảng bá mặt đất và vệ tinh, và các mạng vô tuyến băng rộng. Đối với mạng 3G, các
dịch vụ được chia thành chế độ quảng bá, multicast và chế độ unicast. Tất cả các công nghệ
trên đều đang tiếp tục được phát triển do sự phát triển của các dịch vụ truyền hình di động.

2.1.2

Các

tiêu

chuẩn

đối

với

MobileTV


Mobile TV có khoảng trên 30 loại khuôn dạng file âm thanh gồm dạng các file đơn
giản có đuôi .wav, .mpg, Real, QuickTime, Windows Media 9 và các khuôn dạng file khác.
Các

tiêu

chuẩn

được

sử

dụng

làm

nền

tảng

chung

cho

việc

phân

phát

các

dịch

vụ
Mobile

TV.

Các

tiêu

chuẩn

có

thể

khác

nhau

dựa

trên

công

nghệ

nhưng

đã

đạt

được

sự
thống

nhất

chung.

Các

tiêu

chuẩn

Mobile

TV

được

tổng

kết

trong

khuyến

nghị

ITU-R
BT.1833, ngoài các tiêu chuẩn trong khuyến nghị này, còn có các công nghệ truyền hình di
động đã được tiêu chuẩn hoá và được triển khai ở nhiều nước trên thế giới như công nghệ

VSB tiên tiến, hệ thống quảng bá đa phương tiện di động ở Trung Quốc (CMMB).

2.1.3

Các

nguồn

tài

nguyên

đối

với

MobileTV


Đối với Mobile TV, một nguồn tài nguyên chung quan trọng là phổ tần số. Ở Anh và
Mỹ phổ tần số dành cho truyền hình truyền thống nằm trong dải VHF và UHF. Ở Anh công
ty BT Movio đã sử dụng phổ tần dành cho quảng bá âm thanh số (DAB)

để phát tín hiệu
truyền hình di động sử dụng tiêu chuẩn DAB-IP. Ở Hàn Quốc phổ tần DAB dành cho các
dịch vụ vệ tinh được sử dụng để phát dịch vụ truyền hình di động theo khuôn dạng tín hiệu
quảng bá đa phương tiện số qua vệ tinh (DMB-S). Hàn Quốc cũng cho phép sử dụng phổ
tần VHF để cung cấp dịch vụ truyền hình di động sử dụng công nghệ quảng bá đa phương
tiện

số

mặt

đất

(DVB-T).

Công

nghệ

quảng

bá

đa

phương

tiện

số

cho

các

máy

cầm

tay
(DVB-H)

là

một

tiêu

chuẩn

được

thiết

kế

sử

dụng

các

mạng

DVB-T

để

phát

các

dịch

vụ
DVB-H và sử dụng chung phổ tần của DVB-T. Ở Mỹ, Modeo, nhà khai thác DVB-H, đã
12
thiết

lập

một

mạng

hoàn

toàn

mới

dựa

trên

DVB-H

sử

dụng

băng

tần

L

ở

1670

MHz;
HiWire, một nhà khai thác khác sử dụng phổ tần 700 MHz để phát dịch vụ DVB-H

2.1.4

Công

nghệ

broadcast

và

unicast

đối

với

Mobile

TV


Có hai chế độ phân phát nội dung tới thiết bị Mobile TV là: chế độ broadcast và chế
độ unicast. Ở chế độ broadcast, cùng nội dung giống nhau được phát tới số lượng không hạn
chế người sử dụng, trong khi ở chế độ unicast nội dung được phát theo yêu cầu tới người sử
dụng cụ thể dựa trên việc lựa chọn nội dung.

2.1.4.1 Công nghệ broadcast

Công nghệ cung cấp tới nhiều người sử dụng cùng nội dung ở cùng thời điểm được
gọi là broadcast, ví dụ như sự quảng bá tín hiệu truyền hình tương tự và radio. Công nghệ
này có tính cá nhân thấp vì tất cả người sử dụng đều thu được cùng nội dung. Tuy nhiên,
công nghệ này phù hợp với thị trường vì không bị hạn chế kỹ thuật về số lượng người sử
dụng có thể thu nội dung ở cùng thời điểm.

2.1.4.2 Công nghệ unicast

Công nghệ cung cấp tín hiệu truyền hình di động theo chế độ một-tới-một được gọi
là unicast. Công nghệ này có tính cá nhân cao vì mỗi người sử dụng chỉ xem dòng truyền tải
unicast của mình. Unicast cũng có ưu điểm là các nguồn tài nguyên mạng chỉ được sử dụng
khi một người sử dụng kích hoạt việc sử dụng dịch vụ. Hơn nữa, với unicast, mạng có thể
tối ưu về mặt truyền dẫn đối với mỗi người sử dụng đơn lẻ. Tuy nhiên các mạng unicast bị
hạn chế về số lượng người sử dụng được hỗ trợ bởi vì nguồn tài nguyên là hữu hạn (băng
thông hạn chế).

2.1.5

Mobile

TV

sử

dụng

công

nghệ

vô

tuyến

băng

rộng


Các mạng vô tuyến đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu. Các mạng này
được

xem

là

có

tiềm

năng

lớn

để

truyền

tải

các

dịch

vụ

đa

phương

tiện

và

các

dịch

vụ
truyền hình di động.

2.1.5.1 Mobile TV sử dụng công nghệ WiFi

Các mạng WiFi (802.11x) đã trở nên phổ biến trong việc cung cấp dịch vụ truy nhập
Internet. Các mạng WiFi ngày nay đang được sử dụng nhiều trong các khu vực công cộng
như các toà nhà, quán càfê, bệnh viện, khách sạn, sân bay…WiFi cho phép truyền dẫn ở tốc
13
độ cao hơn so với các mạng di động. Do truyền dẫn dữ liệu ở tốc độ cao, WiFi được xem là
một phương thức để truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động. Với

WiFi người sử dụng

di
động có thể tải các nội dung truyền hình qua Internet sử dụng máy di động cầm tay. Tuy
nhiên vẫn còn tồn tại các vấn đề cần giải quyết như chuyển vùng giữa mạng WiFi và các
mạng tế bào, vấn đề tính cước…

2.1.5.2 Mobile TV sử dụng công nghệ WiMAX

Công nghệ WiMAX (Liên hoạt động toàn cầu đối với truy nhập vi ba) là công nghệ
cho

phép

truyền

dẫn

các

dịch

vụ

dữ

liệu

trong

một

vùng

phủ

rộng

hơn

so

với

WiFi.

WiMAX có thể cung cấp dung lượng cao hơn và do đó đắt hơn so với WiFi. WiMAX rất
phù

hợp

để

truyền

dẫn

video

và

nội

dung

đa

phương

tiện.

Các

ứng

dụng

điển

hình

của
WiMAX là âm thanh và video theo yêu cầu. Với WiMAX, người sử dụng di động có thể tải
về hoặc xem dòng video trực tiếp khi đang di chuyển trên tàu, ôtô…
WiMAX hỗ trợ sự chuyển vùng giữa mạng WiMAX và các mạng di động, các máy
cầm tay di động có thể chuyển từ mạng di động tới các kết nối vô tuyến. Tuy nhiên, nhược
điểm

của

WiMAX

là

việc

sử

dụng

dải

phổ

tần

số

cần

được

cấp

phép,

không

giống

như
WiFi.
WiMAX di động là công nghệ tiềm năng cung cấp các

dịch vụ đa phương tiện với
các lý do sau :
- Đa số các công nghệ phân phát đa phương tiện di động dựa trên chế độ IP unicast
hoặc multicast.
- Các công nghệ WiMAX cung cấp môi trường để phân phát dịch vụ đa phương tiện
trên nền IP, và được xem là công nghệ tiềm năng khi phổ tần của các mạng 3G và DVB-H
hạn hẹp.
-

Các

máy

điện

thoại

di

động

đã

bắt

đầu

cung

cấp

các

giao

diện

WiFi

(802.16b),
WiMAX hoặc WiBro (tiêu chuẩn vô tuyến băng rộng được phát triển bởi Viện nghiên cứu
điện tử và viễn thông Hàn Quốc ETRI).

- Các ứng dụng khả dụng có thể cung cấp dịch vụ Mobile TV trên nền WiMAX hoặc
vô tuyến băng rộng với sự tương thích toàn cầu.
Ưu điểm của WiMAX và WiFi là chúng đều cung cấp chế độ unicast điểm-tới-điểm
cũng như phát nội dung quảng bá trong một mạng. Điều này làm cho WiMAX và WiFi phù
hợp để cung cấp các dịch vụ quảng bá truyền hình di động, truyền tải dòng video và video
theo yêu cầu với sự tương tác đối với người sử dụng di động.
14
Tại Việt Nam, việc phát triển các dịch vụ 3G trong những năm sắp tới không chỉ là
con bài chiến lược của các mạng di động trong việc bắt kịp với xu hướng về công nghệ mới
mà còn là yếu tố then chốt trong việc cải thiện chất lượng dịch vụ tại khu vực đô thị, cũng
như giữ gìn các khách hàng VIP, thu hút thêm các khách hàng trẻ tuổi. Đây cũng chính là lý
do vì sao các mạng di động lớn nhất Việt Nam đều có những cam kết đầy quyết tâm cho
việc đầu tư 3G.
Chuẩn

3G

mà

Bộ

TT-TT

cấp

phép

cho

các

nhà

cung

cấp

dịch

vụ

viễn

thông

là
WCDMA

(tiêu

chuẩn

IMT-2000)

sử

dụng

băng

tần

1900-2200

MHz.

Các

đơn

vị

không
được cấp phép lần này vẫn có thể cung cấp dịch vụ 3G ở băng tần khác hoặc liên danh với
các đơn vị có giấy phép 3G nếu muốn sử dụng băng tần 1900-2200 MHz.
Sau khi chính thức nhận được giấy phép 3G một tháng, VinaPhone sẽ cung cấp những
dịch vụ công nghệ 3G đầu tiên tới khách hàng. Thời điểm triển khai 3G của MobiFone là 3
tháng

sau

khi

được

cấp

phép.

Trong

khi

đó,

Viettel

là

9

tháng.

Vietnamobile

(cũng

như
EVN Telecom) không

thể triển khai dịch vụ

3G đầu tiên

muộn hơn

9 tháng sau khi nhận
được giấy phép.
Theo nhận định của các chuyên gia về viễn thông, có thể dự đoán một mạng di động sẽ
triển khai phủ sóng cũng như cung cấp các dịch vụ 3G ra sao căn cứ vào một số yếu tố. Thứ

nhất, những thử nghiệm triển khai thành công 3G trước đó với các đối tác quốc tế. Thứ hai,
kinh nghiệm triển khai các dịch vụ trên nền 2G. Thứ ba, đội ngũ nhân sự có trình độ tiếp
nhận, triển khai công nghệ mới ra sao…
Viễn cảnh kinh doanh 3G cũng không đơn giản, trong 2 năm đầu sẽ không có quá 8%
người sử dụng chuyển đổi sang 3G và với sự sụt giảm về doanh số do cạnh tranh cộng với
việc phải đầu tư rất lớn cho 3G sẽ gây sức ép không nhỏ cho doanh nghiệp, khiến bài toán
kinh doanh càng trở nên phức tạp và khó khăn hơn.

2.2

Mã

hóa

trong

MobileTV


Các nguồn âm thanh và video có thể là các máy quay phim video hoặc máy thu/giải
mã tín hiệu từ vệ tinh hoặc nội dung video, băng video đã được lưu giữ cần phải được mã
hóa

thành

các

gói

IP

và

được

truyền

qua

các

hệ

thống

di

động

đến

các

thiết

bị

đầu

cuối.

Hình dưới đây mô tả quá trình truyền tải tín hiệu MobileTV trong hệ thống di động.
Các tín hiệu video/audio sẽ thu được trên các thiết bị di động như điện thoại di động,
các thiết bị

hỗ trợ

số

cầm tay (PDA), các thiết bị đa phương tiện

vô tuyến, các

máy điện
thoại có khả năng thu tín hiệu truyền hình di động. Tuy nhiên, các máy thu di động có công
15
suất pin hạn chế, kích thước màn hình nhỏ, anten nhỏ được tích hợp ở bên trong máy và có
bộ nhớ giới hạn. Hơn nữa máy thu có thể chuyển động với tốc độ thậm chí lên tới 200 km/h.
Do đó, các chuẩn mã hóa video có vai trò rất quan trọng trong công nghệ Mobile TV trên
nền 3G.
Trong luận văn chỉ khảo sát công nghệ MobileTV truyền dẫn trong mạng 3G và các
vấn đề mã hóa dựa theo chuẩn 3GPP.

2.2.1

Mã

hoá

nội

dung


Để có thể truyền tải các file đa phương tiện

âm thanh và video

hoặc tín hiệu truyền
hình trực tiếp truyền tải dòng, các mạng di động 3G cần đáp ứng được các yêu cầu sau đây:
- Mạng cần có các giao thức đã được tiêu chuẩn hoá và thống nhất để thiết lập cuộc
gọi, trả lời, thiết lập cuộc gọi video hoặc truyền tải dòng video. Các giao thức này cần được
tuân theo đồng nhất qua các mạng để các cuộc gọi có thể được thiết lập giữa những người
sử dụng ở các mạng khác nhau.
- Mạng phải có các tiêu chuẩn để mã hoá âm thanh và video đối với các ứng dụng khác
nhau như truyền tải dòng video và cuộc gọi video. Các giao thức sử dụng các thuật toán nén
hiệu quả

cao như MPEG-4 hoặc

H.264 để

giảm băng

thông

yêu

cầu đối với âm thanh và
video đã được mã hoá.
- Mạng phải đáp ứng được tốc độ dữ liệu phù hợp để có thể truyền tải các khung video

liên tục không bị ngắt quãng.

2.2.2

Mã

hoá

video


Với MPEG-4 có cơ chế khác để cung cấp tốc độ bit cao hơn tới các client khi mạng có
băng thông cao hơn. Server truyền tải dòng MPEG-4 sẽ phát dòng cơ sở có độ phân dải thấp
và một số dòng phụ. Client thu dòng cơ sở và các dòng phụ này khi băng thông khả dụng
làm cho chất lượng hình ảnh tốt hơn.
Vì MPEG-4 có nhiều profile và lớp, 3GPP đã tiêu chuẩn hoá các đặc tả sau cho việc
sử dụng trong mạng 3G (các bộ mã hoá/giải mã 3G-324M):
Mã

hoá

video:

Với

profile

MPEG-4

đơn

giản

lớp

1,

hỗ

trợ

được

khuyến

nghị

là
MPEG-4 profile hiển thị đơn giản lớp 1 (ISO/IEC 14496-2). Tốc độ khung có thể lên tới 15
fps và độ phân giải là 176 x 144 pixels.
Mã

hoá

tiếng:

Mã

hoá

và

giải

mã

AMR

là

yêu

cầu

bắt

buộc,

G723.1

được

khuyến
nghị.
16
2.3

Bảo

mật

trong

Mobi

eTV


2.3.1

Bảo

mật

đường

truyền

tín

hiệu


Sau khi người sử dụng thu được thông tin truy nhập qua thông báo dịch vụ, hệ thống
không thể hạn chế việc thu dòng media. Các dòng media phải được mật mã để giới hạn khả
năng thu tới những người sử dụng đã đăng ký sử dụng dịch vụ. Nói khác đi, tất cả máy thu
có

thể

thu

được

các

dòng

media

nhưng

chỉ

có

những

người

sử

dụng

đã

đăng

ký

sử

dụng
dịch vụ mới có thể giải mật mã và chi trả cho các dịch vụ này.

2.3.2

Bảo

mật

nội

dung


Có 3 phương pháp để bảo mật nội dung :
Cách bảo mật đầu tiên đó là bảo mật phát sóng được cung cấp bởi phương pháp truyền
thống tùy thuộc vào hệ thống truy cập có thể thay đổi để phù hợp với điều kiện môi trường
di động. Điều này dẫn tới thiết bị cầm tay sẽ được độc quyền cho các mạng cụ thể.
Phương

pháp

thứ

hai

là

sử

dụng

mã

hóa

thông

thường

tại

các

cấp

truyền

dẫn

như
ISMAcrypt và sử dụng tính độc quyền hay DRM mở tại cấp nội dung.
Phương pháp thứ ba là sử dụng một

mã công khai như IPsec tại lớp phát sóng hoặc
cũng có thể sử dụng một DRM 2.0 công khai để bảo vệ nội dung.
Phương pháp thứ hai và thứ ba có ưu điểm là các hệ thống phát sóng sẽ thông nhất và
thêm vào đó các thiết bị cầm tay có thể triển khai cho bất kì nhà khai thác mạng nào.

2.3.3

Bảo

mật

thiết

bị

đầu

cuối


Cấu trúc thu của điện thoại di động DVB-H gồm 2 phần:
 Một

bộ

giải

điều

chế

DVB-H

(gồm

khối

điều

chế

DVB-T,

mođun

Time
slicing
 Mođun MPE-FEC) và một đầu cuối DVB-H.

Tín hiệu vào là tín hiệu DVB-T. Khối điều chế DVB-T thu lại các gói dòng truyền tải
MPEG-2, tín hiệu này cung cấp các mode truyền dẫn (2K, 8K và 4K) với các tín hiệu mang
thông số truyền dẫn –TPS tương ứng. Mođun Time Slicing giúp tiết kiệm công suất tiêu thụ
và hỗ trợ việc chuyển giao mạng linh hoạt hơn. Mođun MPE-FEC cung cấp mã sửa lỗi tiến
cho phép bộ thu có thể đương đầu với các điều kiện thu đặc biệt khó khăn.

Hiện nay nhiều hãng sản xuất điện thoại đã có các thế hệ điện thoại di động DVB-H
đầu tiên: NOKIA 7700 và 7710, PHILIPS HoTMAN 2, SIEMENS…
17

CHƠNG

3

-

NGHIÊN

CỨU

CÁC

GIẢI

PHÁP

ÁNH

GIÁ

CHẤT


LỢNG

VIDEO

TRONG

CÁC

HỆ

THỐNG

DI

ỘNG


Trong hai chương trước luận văn đã nghiên cứu các chuẩn mã hóa video và ứng dụng
trong MobileTV. Một vấn đề cần phải tiếp tục nghiên cứu là tín hiệu video khi phân phát
trong các hệ thống di động có bảo đảm chất lượng không? Vì thế cần phải nghiên cứu các
giải pháp đánh giá chất lượng chất lượng video trong các hệ thống di động. Đây chính là nội
dung sẽ được trình bày trong chương này.

3.1.

Các

phơng

pháp

o

ánh

giá

chất



ng

video


Chất

lượng

ảnh

video

tác

động

tới

chất

lượng

dịch

vụ

trong

các

hệ

thống

di

động

có

thể
được đo theo hai cách chủ yếu như sau:

 Định

tính:

sử

dụng

thực

nghiệm

quan

sát

và

những

người

tham

gia

đánh

giá

chất
lượng theo các thang điểm như MOS.
 Định lượng: tại lớp dịch vụ, sử dụng các thiết bị đo để đo các tham số khác nhau ảnh
hưởng tới chất lượng tổng thể của tín hiệu video.

3.1.1

Phương

pháp

đo

chất

lượng

video

định

tính


Giải

pháp

này sử

dụng

một

nhóm

người

tham gia

xếp

loại

và

đánh

giá

chất

lượng
hình ảnh. Môi trường và người được dùng để kiểm tra định tính thay đổi tùy theo nhà cung
cấp dịch vụ. Các bước tiến hành để xác định số đo định tính đối với chất lượng video như
sau:
 Xác định một loạt các mẫu video để tiến hành kiểm tra
 Lựa chọn một số tham số cấu hình
 Thiết lập môi trường kiểm tra tuân thủ với các tham số cấu hình mong muốn
 Tập hợp người tham gia vào kiểm tra
 Tiến hành kiểm tra và phân tích các kết quả.

3.1.2

Phương

pháp

đo

chất

lượng

video

định

lượng


Để đánh giá chất lượng video trong môi trường di động, điều quan trọng là cần thực
hiện các phép đo chất lượng video một cách hiệu quả theo thời gian. Các kỹ thuật đo chất
lượng video định lượng dù không chính xác như phép đo chất lượng video định tính, nhưng
tạo ra được sự hài hòa khi thực hiện các phép đo đánh giá chất lượng video.
18
Có thể phân loại các kỹ thuật đo chất lượng video định lượng thành bốn nhóm chính:
 Các kỹ thuật dựa trên các mô hình cảm nhận video của con người
 Các kỹ thuật dựa trên các tham số tín hiệu video
 Các kỹ thuật dựa trên các tham số suy giảm chất lượng mạng
 Các kỹ thuật dựa trên khoảng thời gian suy giảm chất lượng tín hiệu video

3.2

Khảo

sát

phần

mềm

ánh

giá

chất



ng

video


3.2.1

Giới

thiệu

chung


-

T

n

v

phi

n

bản

phần

mềm

MSU Video Quality Measurement Tool 2.7.2
-

Nh

sản

uất

bản

qu

ền

 Phần

mềm

MSU

Video

Quality

Measurement

Tool

2.7.2

là

sản

phẩm

của

công

ty
MSU Graphics & Media Lab (Video Group).
 Bản dùng thử của phần mềm có thể download miễn phí tại địa chỉ:

-

Mô

tả

các

chức

năng

chính

của

phần

mềm

Chức năng chính của phần

mềm là so sánh sự sai khác giữa file video gốc với các file
video nhận được sau quá trình mã hóa và giải mã theo các chuẩn khác nhau. Cụ thể là:
 Chức năng tính toán:
 Các giá trị tham số cho mỗi khung.
 Giá trị trung bình cho chuỗi.
 Các giá trị tham số cho thành phần màu cụ thể.
 Hỗ trợ 20 tham số đối tượng:
 Hỗ trợ hơn 20 mẫu video:
-

Y

u

cầu

hệ

thống

 Máy tính với hệ điều hành Windows 2000, XP.
 Tệp chương trình: netspeed_tool.exe với dung lượng 746 KB.

3.2.2

Khảo

sát

tính

năng

và

phương

pháp

đo

của

phần

mềm

-

C

i

ặt

các

tham

số

o

 File selection:


Original file: file video gốc. Các file khác sẽ được so sánh với nó.
19


Processed (compressed): file được xử lý, nó sẽ được so sánh với file gốc.


Comparative analysis: Cho phép so sánh một lần hai file với cùng một file gốc
(ví dụ được nén bởi các mã khác nhau).


Second

processed

(another

codec):

file

thứ

hai

được

xử

lý

để

phân

tích

so
sánh.


Use mask file: Kích hoạt masking.


Use black

mask: Các

vùng đen của

một

mask file đưa ra là những vùng

mà
nên được đánh dấu.


Open with AviSynth: Chương trình cố gắng phát ra AviSynth script thích hợp
và

mở

file

sử

dụng

script

này.

Checkbox

chỉ

được

kích

hoạt

khi

AviSynth
được

cài

đặt

trong

máy

tính.

Người

dùng

có

thể

điều

chỉnh

sự

tạo

ra

script
bằng cách dùng nút Advanced.


Preview: Sử dụng nút Preview để duyệt trước nội dung file được chọn.
 Metric selection: Lựa chọn mức độ, đơn vị đo.
 Output Selection:


Save CSV file: Lưu kết quả vào file CSV.


Save

metric

visualization

video/image:

lưu

video

với

metric

visualization

được
chọn.


Save “bad frames”: Tự động chọn và lưu các khung với sự sai khác lớn nhất giữa
file gốc và các file được xử lý.
-

Thực

hiện

o

 Nhấn nút Process

-

Kết

quả

o:

 Per-frame

values:

file

CVS

(comma

separated

values),

bao

gồm

các

giá

trị

của
mỗi tham số được chọn cho mỗi khung của mỗi file tham chiếu.
 Avarage values: file CVS, bao gồm các giá trị trung bình của mỗi tham số được
chọn cho mỗi file tham chiếu.
 Visualization: file video (*.AVI) cho biết các giá trị tham số trong mỗi pixel của
mỗi

khung

của

mỗi

video

tham chiếu.

Visualization

video

được

tạo

ra

cho

mỗi
tham số mỗi thành phần màu và mỗi file tham chiếu.
-

Xử

ý

kết

quả:
Thống kê các giá trị sau đây
 Số mã có bị mờ hơn

mã gốc trên khung nào và mặt nạ trung bình.
20
 Số mã có nhiều blocking hơn mã gốc trên khung nào và mặt nạ trung bình.
 Số

mã

có

chất

lượng

thấp

hơn

mã

gốc

trên

khung

nào,

mặt

nạ

trung

bình

trong
PSNR, VQM, SSIM.

3.2.3.

Đánh

giá

tính

năng

đo

kiểm

của

phần

mềm


-

ánh

giá

chung:

Phần

mềm

MSU

Video

Quality

Measurement

Tool

2.7.2

có

các

ưu,
nhược

điểm sau đây:
 Phần mềm cho phép thực hiện đánh giá chất lượng video đã qua một hệ thống truyền
dẫn/xử lý thông qua việc so sánh file video gốc và file video nhận được tại thiết bị di
động đầu cuối
 Phần

mềm có các tính

năng kết xuất dữ liệu khi thực hiện các phép đo dưới nhiều
dạng theo các độ đo khác nhau. Do đó rất thuận tiện cho việc phân tích đánh giá và
tìm lỗi khi truyền tín hiệu video trong các hệ thống di động.
-

Kết

uận:

 Có thể sử dụng phần mềm MSU Video Quality Measurement Tool 2.7.2 làm công cụ
đo đánh giá chất lượng video trong các hê thống di động

Trong chương này đã trình bày các phương pháp đo đánh giá chất lượng video

đối
với hệ thống di động.

Để đánh giá chất lượng video trong môi trường di động, điều quan
trọng là cần thực hiện các phép đo chất lượng video một cách hiệu quả theo thời gian. Các
kỹ thuật đo chất lượng video định lượng dù không chính xác như phép đo chất lượng video
định

tính,

nhưng

tạo

ra

được

sự

hài

hòa

khi

thực

hiện

các

phép

đo

đánh

giá

chất

lượng
video. Các phép đo chất lượng video định lượng có ưu điểm là thực hiện nhanh chóng để hỗ
trợ

cho

việc

điều

chỉnh

tối

ưu

quá

trình

phát

và

thu

tín

hiệu

video

trong

các

hệ

thống

di

động. Các phép đo định lượng và các đánh giá định tính sẽ hỗ trợ cho nhau trong quá trình
đánh giá chất lượng tín hiệu video trong các hệ thống di động.
21

KẾT

LUẬN


+

Kết

quả

ạt



c

của

uận

văn


Luận

văn

ã

ạt



c

các

kết

quả

sau:


- Nghiên cứu các chuẩn mã hoá video bao gồm MPEG 2, MPEG 4 và H264

- Nghiên cứu ứng dụng các chuẩn mã hóa trong MobileTV

- Đề xuất các giải pháp đánh giá chất lượng tín hiệu video và các phần mềm đo chất
lượng tín hiệu video trong hệ thống di động

+

Một

số

hớng

nghi

n

cứu

tiếp

theo:

Sau khi nghiên cứu xong đề tài, em xin đưa ra một số hướng nghiên cứu tiếp theo:
- Biện pháp đảm bảo chất lượng cho mạng di động 3G
- Xây dựng phần mềm đánh giá chất lượng video
- Các tiêu chuẩn về bảo mật trong mạng 3G
22

DANH

MỤC

TÀI

LIỆU

THAM

KHẢO


[1] TS. Nguyễn Thanh Bình, Ths. Võ Nguyễn Quốc Bảo, “Xử lý âm thanh, hình ảnh”, Học
viện công nghệ Bưu chính viễn thông, Hà Nội, 2007.
[2]

KS. Cao Văn Liết,

“Bù chuyển động trong kỹ thuật mã hóa nội dung nguồn video tự
nhiên sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG-4”, Tạp chí khoa học kỹ thuật truyền hình 1/2005.
[3]

KS.

Trương

Thị

Thủy,

“Tiêu

chuẩn

mã

hóa

tiên

tiến

H.264-MPEG-4

AVC”,

Tạp

chí
khoa học kỹ thuật truyền hình 1/2004.
[4] Th.S. Nguyễn Minh Hồng, “Chuẩn nén H.264/AVC và khả năng ứng dụng trong truyền
hình”, Tạp chí khoa học kỹ thuật truyền hình 2/2005.
[5] Gs.TS. Nguyễn Kim Sách, “Truyền hình số có nén và Multimedia”, Nhà xuất bản khoa
học kỹ thuật, Hà Nội, 2000.
[6] Ths Phạm Đình Chung, Ths Vũ Anh Tuấn, “Nghiên cứu các công nghệ truyền hình di
động

(MobileTV)

và

khả

năng

ứng

dụng

tại

Việt

Nam”

-

Đề

tài

cấp

Bộ,

Mã

số

108-09-
KHKT-RD, Viện KHKTBĐ, 2009
[7] Iain E. G. Richardson, “H.264 And MPEG-4 Video Compression”, The Robert Gordon
University, Aberdeen, UK, 2003
[8] JVT “Draft ITU-T recommendation and final draft international standard of joint video
specification (ITU-T rec. H.264– ISO/IEC 14496-10 AVC),”
[9]

THOMAS

SIKORA,

“MPEG-1

and

MPEG-2

Digital

Video

Coding

Standards”,
McGraw Hill Publishing Company, 2004
[10] T. Wiegand, G.J.

Sullivan, G. Bjontegaard, A. Luthra, ”Overview of

the

H.264/AVC
Video Coding Standard” Senior Member, IEEE, 2003
[11] :
[12]
[13] , University of Illinois at Chicago (UIC)
[14]
[15]