SCALABLE VIDEO CODING

I. TỔNG QUAN VỀ
“SCALABLE VIDEO CODING”


SCALABLE VIDEO CODING LÀ GÌ?

•

Scalable Video Coding (SVC) là tên cho Annex G mở rộng của chuẩn nén video H.264/
MPEG-4 AVC.

•
•

SVC chuẩn hóa mã hóa một dòng truyền video chất lượng cao.

•

Tập hợp các dòng truyền con có thể đại diện cho độ phân giải không gian thấp hơn, Độ phân
giải theo thời gian thấp hơn, hay chất lượng tín hiệu video thấp hơn

Một dòng truyền video con được tạo ra bằng cách thả các gói từ video lớn hơn để giảm băng
thông cần thiết cho các dòng truyền con


•
•
•

Đối tượng của chuẩn hóa SVC cho phép mã hóa một dòng truyền video chất
lượng cao chứa một hay nhiều các dòng truyền con

Chúng có thể được giải mã với độ phức tạp và chất lượng tái tạo tương tự như
việc sử dụng thiết kế H.264/MPEG-4 AVC với cùng số lượng dữ liệu như trong
các dòng truyền con.
Các dòng truyền con bắt nguồn từ việc thả các gói từ dòng truyền lớn hơn.


CÁC KIỂU SVC

•
•
•
•
•

Khả năng mở rộng thời gian (Frame rate)
Khả năng mở rộng không gian (Kích thước ảnh)
Khả năng mở rộng SNR/Chất lượng/Độ chính xác
Khả năng mở rộng kết hợp
Khả năng mở rộng dòng truyền


ỨNG DỤNG

•
•
•
•
•

Streaming

Hội nghị truyền hình
Giám sát
Broadcast
Lưu trữ


II. CÁC KIỂU SVC


KHẢ NĂNG MỞ RỘNG THỜI
GIAN (TEMPORAL SCALABILITY):

•
•
•

Sử dụng cấu trúc phân cấp B hoặc P
Không mất hiệu quả mã hóa khi sử dụng cấu trúc phân cấp B
MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4, và H.263+ đều có khả năng mở rộng thời gian qua B-frames
- Tất cả đều yêu cầu thời gian bù trễ (added delay) ở giai đoạn mã hóa/giải mã


MPEG-1,2,4, H.263
TEMPORAL SCALABILITY

Cũng có thể được xem là 3 lớp: Lớp 0: Màu đen (I-frames), Lớp 1: Màu xanh (P frames), Lớp 2: Màu nâu (B-frames)


TEMPORAL SCALABILITY
HIERARCHICAL B

•
•

Vấn đề: thời gian bù trễ mã hóa = số frames trong một GOP (giữa các frames màu đen)
Chấp nhận được với ứng dụng không phải thời gian thực


TEMPORAL SCALABILITY
(HIERARCHICAL P)

•

Sử dụng tốt với ứng dụng thời gian thực: Trò chuyện, hội nghị


KHẢ NĂNG MỞ RỘNG KHÔNG GIAN (SPATIAL SCALABILITY)

•
•

Sử dụng lấy mẫu lên/xuống
Kết hợp với chuyển đổi giữa dự đoán intra-layer và inter-layer (CGS và MGS)


SPATIAL SCALABILITY SAMPLING DOWN/UP


SPATIAL AND TEMPORAL SCALABILITY

Both layers

Base layer


KHẢ NĂNG MỞ RỘNG BIÊN ĐỘ (AMPLITUDE
SCALABILITY)

•

Tương tự với khả năng mở rộng không gian nơi mỗi lớp có cùng độ phân giải không gian,
nhưng khác về QP

•
•
•

Chất lượng của mỗi lớp khác nhau do mức độ lượng tử hóa.
Chỉ lớp cơ sở có thể thực hiện nội mã hóa.
Lớp (các lớp) nâng cao mã hóa dư (giữa lớp chính thức và lớp thấp hơn)


AMPLITUDE (SNR) SCALABILITY
MULTISTAGE STAGE QUANTIZATION
Larger Q

Prediction error

Encoder

Smaller Q

Decoder


KHẢ NĂNG MỞ RỘNG TẦN SỐ (FREQUENCY SCALABILITY AKA
DATA PARTITIONING)

•
•
•
•
•

Lớp cơ sở: các tần số thấp của DCT
Lớp nâng cao: các tần số cao còn lại của DCT
Tiêu chuẩn hóa trong MPEG-2
Một điểm ngắt bao gồm dòng bit làm nó rất dễ để phân vùng
Một vòng lặp dự đoán mã hóa -> thiếu các tần số cao có nghĩa như việc drift mạnh
- dự đoán giả thiết rằng tất cả các hệ số là có sẵn trong khung hình trước.


FREQUENCY SCALABILITY
ẢNH HƯỞNG CỦA MẤT THÔNG TIN
Hai khối ở bước mã hóa

Hai khối ở bước giải mã

Lỗi từ khung hình trước lan sang khung hình hiện tại
Chuyển động gây ra lỗi lây lan, không chỉ về không gian, mà trong cả tần số

Phương pháp dự đoán ảnh hưởng đến mức độ lan truyền


KHẢ NĂNG MỞ RỘNG DỰA TRÊN ĐỐI TƯỢNG (OBJECT-BASED OR ROI SCALABILITY)

•
•

*Tầng QP (QP cascading):
- Sử dụng QP thấp hơn cho các lớp không gian/thời gian thấp hơn, tăng dần QP cho các lớp
không gian/thời gian cao hơn


III. TÁC DỤNG “SCALABLE VIDEO CODING” TRONG NÉN
VIDEO TIÊN TIẾN AVC


TÁC DỤNG CỦA SVC

•

SVC cung cấp các dịch vụ video với thời gian ngắn hơn hoặc với nhiều độ phân giải không
gian hoặc giảm độ trung thực

•
•
•

Giữ một chất lượng tái tạo tương đối cao so với tỷ lệ của dòng bit cục bộ.
Vì thế, SVC cung cấp những chức năng nâng cao cho truyền tải và ứng dụng lưu trữ.

SVC đã đạt được những cải tiến đáng kể trong hiệu quả mã hóa


H.264/SVC

•
•
•
•
•

Một mã hóa H.264/SVC tối ưu có bit-rate trung bình cao hơn khoảng 11% so với
phiên bản không mở rộng được (H.264/AVC)
Một sự cân đối tốt giữa hiệu năng và lan truyền/trôi dạt lỗi
Giải mã phức tạp với giải mã lớp đơn H.264 là giống nhau
Chỉ sử dụng một vòng lặp chuyển động bù đơn ở bước giải mã.
Không chỉ dự đoán thông tin còn lại (DCT), mà đồng thời dự đoán thông tin
chuyển động và chế độ macroblock.


SNR SCALABILITY: TRƯỚC KHI SỬ DỤNG H.264
SVC


SNR SCALABILITY: KHI SỬ DỤNG H.264 SVC


HIỆU QUẢ CỦA H.264 TEMPORAL SCALABILITY

IV. SƠ ĐỒ NÉN SỬ DỤNG KỸ THUẬT SVC TRONG
CHUẨN MPEG-2 VÀ MPEG-4