xây dựng thuật toán ẩn lỗi hiệu quả nhằm nâng cao chất lượng truyền video trên kênh truyền vô tuyến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ





LÊ VĂN HUYÊN






XÂY DựNG THUậT TOÁN ẩN LỗI HIệU QUả
NHằM NÂNG CAO CHấT LƯợNG TRUYềN VIDEO
TRÊN KÊNH TRUYềN VÔ TUYếN










LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




LÊ VĂN HUYÊN




XÂY DựNG THUậT TOÁN ẩN LỗI HIệU QUả
NHằM NÂNG CAO CHấT LƯợNG TRUYềN VIDEO
TRÊN KÊNH TRUYềN VÔ TUYếN





Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60 52 70




LUẬN VĂN THẠC SĨ


HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐINH TRIỀU DƯƠNG











Hà Nội – 2011

Trang 3

MỤC LỤC
Bảng từ khoá 5
Danh sách các hình vẽ 6
Danh sách bảng – biểu 7
I. Đặt vấn đề 8

II. Giới thiệu về H.264 9
1. Tổng quan về nén video 9
2. Đặc điểm và ứng dụng của H.264 10
3. Lớp trừu tượng mạng – NAL 13
4. Lớp mã hoá video – VCL 14
a. Hình, Khung, và Miền 15
b. Phân loại khung 16
c. Định dạng YCbCr 17
d. Macro-block 18
e. Mảnh và nhóm mảnh 18
III. Các thuật toán ẩn lỗi 21
1. Ẩn lỗi ở mức MB 23
a. Thuật toán ẩn lỗi ở mức MB trên miền không gian 23
b. Thuật toán ẩn lỗi ở mức MB trên miền thời gian 24
2. Thuật toán ẩn lỗi ở mức khung 24
a. Thuận toán ẩn lỗi Frame Copy 25
b. Thuật toán Motion Vector Copy 25
3. Đề xuất thuật toán sửa lỗi mất toàn khung 25
a. Phương pháp véc-tơ trung vị có định hướng 26
b. Xử lý các MB tĩnh 28
IV. Kết quả thực hiện – đánh giá 30
1. So sánh kết quả giữa các thuật toán 30
2. So sánh kết quả giữa các mẫu video 33

Trang 4

3. Thuật toán đề xuất 34
V. Kết luận 35
VI. Phụ lục 36
VII. Tài liệu tham khảo 43

Xây dựng thuật toán ẩn lỗi hiệu quả nhằm
nâng cao chất lượng truyền video trên kênh truyền vô tuyến

Lê Văn Huyên

Chuyên ngành Kỹ thuật Điện tử, ngành Kỹ thuật ĐT-VT,
Khoa ĐT-VT

Đinh Triều Dương
Trường Đại học Công nghệ,
Đại học Quốc gia Hà Nội


TÓM TắT
Với video truyền trên môi trường vô tuyến hiện nay, việc
mất một gói tin tương đương với việc mất toàn bộ một
khung hình (hoặc nhiều hơn). Do đó việc ẩn lỗi mất toàn bộ
khung hình đóng vai trò lớn hơn so với việc ẩn lỗi mất một
số MB. Đề tài này phân tích hai thuật toán ẩn lỗi trong
H.264 được thực hiện trong bộ phần mềm tham chiếu JM
và đề xuất một thuật toán ẩn lỗi cải tiến nhằm nâng cao chất
lượng trong khâu giải mã video.

Từ khóa – ẩn lỗi, FBEC, H.264
I. GIớI THIệU
Ngày nay, rất nhiều video được truyền qua mạng, bao gồm
cả các kênh vô tuyến. Với đặc tính không ổn định của kênh,
việc xuất hiện lỗi là điều không thể tránh khỏi. Với việc

trao đổi video thời gian thực, phương pháp tốt nhất khi gặp
lỗi là ẩn lỗi thay vì truyền lại gói tin.
Hai thuật toán được sử dụng trong bộ phần mềm JM là
thuật toán sao chép khung (FC) và thuật toán sao chép véc-
tơ chuyển động (MVC), trong đó, thuật toán thứ 2 được
đánh giá là hiệu quả dù độ phức tạp tính toán không quá
cao.
Trong một số trường hợp, khi video có những đối tượng
chuyển động nhanh, thuật toán MVC không xử lý tốt những
khối chuyển động này, khiến video xuất hiện những điểm
bị lỗi. Để giảm bớt lỗi này, một thuật toán cải tiến đã được
đề xuất, kết hợp giữa MVC với trung vị véc-tơ chuyển
động và trung vị véc-tơ chuyển động có định hướng
II. CÁC THUậT TOÁN
A. Sao chép khung
Thuật toán FC thực hiện sao chép toàn bộ các điểm ảnh của
khung hình tham chiếu sang khung hình hiện tại (khung
hình bị mất). Theo đó, khung hình hiện tại (hình được khôi
phục) sẽ giống hệt như khung hình tham chiếu.

B. Sao chép véc-tơ chuyển động
Với MVC, việc khôi phục khung hình bị mất được thực
hiện bằng các, trước tiên, sao chép MV của từng khối nhỏ
4x4 từ khung hình t-1 sang khung hình t. Sau đó, các giá trị
Y, Cb, Cr của khung hình tái tạo t sẽ được khôi phục sử
dụng các MV sao chép được này

C. Thuật toán đề xuất
 Xác định MV của khối 4x4 thuộc khung tham chiếu, tại
cùng vị trí với khối hiện tại. Tuỳ thuộc vào giá trị của

MV này (MV0) mà sử dụng phương pháp thích hợp để
nội suy MV.
 Nếu MV0 bằng 0 (trường hợp khối tham chiếu không
chuyển động), sử dụng giá trị trung vị của 8 MV lân
cận.
 Nếu 0 < MV0 < giá trị ngưỡng (trường hợp khối tham
chiếu chuyển động chậm): sử dụng phương pháp MVC.
 Nếu MV0 lớn hơn hoặc bằng giá trị ngưỡng (trường
hợp khối tham chiếu chuyển động nhanh): sử dụng
phương pháp trung vị có định hướng với 5 MV tham
chiếu.
III. ĐÁNH GIÁ CÁC THUẬT TOÁN
Việc đánh giá kết quả được dựa trên việc triển khai 3 thuật
toán FC, MVC và thuật toán đề xuất:
 Bộ phần mềm tham chiếu: JM 17.2
 IPPP, với các khung I cách nhau 1s
 Video mẫu: foreman và Stephan
Căn cứ trên kết quả thu được, có thể thấy thuật toán FC cho
kết quả tồi nhất, với khoảng 2dB PSNR so với 2 thuật toán
còn lại. MVC và thuật toán đề xuất có kết quả tương đương
nhau trong hầu hết các trường hợp. Trong một số trường
hợp có chuyển động nhanh, thuật toán đề xuất có thể có
PSNR cao hơn MVC khoảng 0.2-0.3 dB.
IV. KẾT LUẬN
Luận văn đã trình bày phương án cải tiến thuật toán MVC
trong bộ phần mềm tham chiếu 17.2 để đạt được mức độ
PSNR cải thiện khoảng 0.3dB trong một số trường hợp,
trong khi độ phức tạp tính toán tăng lên không đáng kể.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] A. Tamhankar and K. R. Rao, An overview of H.264/MPEG-

4 Part 10, 4th EURASIP Conference focused on
Video/Image processing and Multimedia Communication,
2003.
[2] Thomas Wiegand, Gary J. Sullivan, Gisle Bjontegaard, Ajay
Luthra, Overview of the H.264/AVC Video Coding Standard,
IEEE Transactions on circuits and systems for video
technology, vol. 13, no.7, 2003.
[3] Y. Wang, M. M. Hannuksela, V. Varsa, A. Hourunranta, and
M. Gabbouj, The error concealment feature in the H.26L test
model, Proc. Int Conf. Image Processing, vol. 2, pp. 729-733,
Sep. 2002.
[4] Hsin-Ju Feng, Chih-Hung Kuo, Frame Based Error
Concealment in H.264/AVC by Refined Motion Prediction,
IEEE Asia Pacific Conference on Circuits and Systems, pp.
247-250, 2006.