...Nguyễn Đăng Quý.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN MÃ HÓA VIDEO VÀ ỨNG DỤNG
TRONG CÁC HỆ THỐNG DI ĐỘNG

Hà Nội - 2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN ĐĂNG QUÝ

NGHIÊN CỨU CÁC CHUẨN MÃ HÓA VIDEO VÀ ỨNG DỤNG
TRONG CÁC HỆ THỐNG DI ĐỘNG

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
Mã ngành

: D480201

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: THS. ĐẶNG THÀNH CÔNG

Hà Nội - 2016


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:

- Đồ án tốt nghiệp là thành quả từ sự nghiên cứu hoàn toàn thực tế trên
cơ sở các số liệu thực tế và được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên
hướng dẫn.
- Mọi sự tham khảo sử dụng trong đồ án đều được trích dẫn các nguồn
tài liệu trong báo cáo và danh mục tài liệu tham khảo.
- Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế của nhà trường, tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Đăng Quý


ii

LỜI CẢM ƠN

Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, ThS.
Đặng Thành Công, người thầy đã hướng dẫn em rất tận tình, cho em
những định hướng và ý kiến quý báu, rất nhiều kiến thức bổ ích trong thời
gian em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Đồng thời, em cũng xin cảm ơn thầy
giáo, ThS.Vũ Văn Huân, người thầy chủ nhiệm đã hướng dẫn, chỉ dạy, kèm
cặp em trong suốt quá trình học tập.
Em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô trong Trường Đại Học
Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ em
trong thời gian em học tập tại trường.
Tôi xin cảm ơn các bạn cùng lớp đã động viên và giúp đỡ tôi trong
thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này.
Vì thời gian có hạn, đồ án tốt nghiệp của em không tránh khỏi khiếm
khuyết. Rất mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn.

Hà Nội, ngày 15 tháng 5 năm 2016

Sinh viên
Nguyễn Đăng Quý.


iii

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1
CHƯƠNG I: TÌM HIỂU CHUNG VỀ CÁC CHUẨN MÃ HOÁ VIDEO................ 3
1.1 Mục đích của việc nén Video ............................................................................. 3
1.2 Các chuẩn nén Video ......................................................................................... 5
1.2.1 Chuẩn nén MPEG ........................................................................................... 5
1.2.2 Cấu trúc dòng bit MPEG Video ...................................................................... 8
1.2.3 Các loại ảnh trong chuẩn MPEG ................................................................... 11
1.2.4 Nguyên lý nén MPEG ................................................................................... 12
1.2.5 Nguyên lý nén MPEG ................................................................................... 14
CHƯƠNG II: TÌM HIỂU VỀ SƠ ĐỒ NÉN VÀ ĐẶC ĐIỂM NÉN VIDEO THEO
CÁC CHUẨN ....................................................................................................... 16
2.1 Chuẩn MPEG-1 ............................................................................................... 16
2.1.1 Giới thiệu khái quát về MPEG-1 ................................................................... 16
2.1.2 Định dạng trung gian SIF (Source Intermediate Format) ............................... 16
2.1.3 Cấu trúc dòng bít và các tham số của MPEG-1.............................................. 19
2.1.4 Quá trình nén và giải nén video chuẩn MPEG-1 ........................................... 21
2.2 Chuẩn MPEG-2 ............................................................................................... 22

2.2.1 Giới thiệu khái quát về MPEG-2 ................................................................... 22
2.2.2 Mã hoá và giải mã MPEG-2.......................................................................... 24
2.2.3 Profiles và Levels trong chuẩn MPEG-2 ....................................................... 28
2.3 Chuẩn MPEG-4 ............................................................................................... 31
2.3.1 Giới thiệu khái quát về MPEG-4 ................................................................... 31
2.3.2 Mã hoá và giải mã MPEG-4.......................................................................... 32
2.3.3 Profile và Level trong chuẩn MPEG-4 ........................................................ 34
2.4 Chuẩn H.264/AVC/MPEG-4 Part 10 ............................................................... 37


iv
2.4.1 Giới thiệu khái quát về chuẩn H.264 ............................................................. 37
2.4.2 Tính kế thừa của chuẩn H.264/MPEG-4 Part 10 ........................................... 38
2.4.3 Kỹ thuật nén H.264 ....................................................................................... 39
2.4.4 Profile và Level trong chuẩn H.264/MPEG-4 Part 10 ................................... 40
2.4.5 Kỹ thuật mã hoá và giải mã Video H.264 ...................................................... 43
CHƯƠNG III: THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG CÁC CHUẨN MÃ HOÁ VIDEO
VÀO TRONG HỆ THỐNG DI ĐỘNG ................................................................. 49
3.1 Tổng quan về Mobile TV................................................................................. 49
3.1.1 Giới thiệu chung ........................................................................................... 49
3.1.2 Các tiêu chuẩn đối với Mobile TV ................................................................ 50
3.1.3 Công nghệ Broadcast và Unicast đối với Mobile TV .................................... 51
3.2 Mã hoá trong Mobile TV ................................................................................. 54
3.3 Bảo mật trong Mobile TV ................................................................................ 55
3.3.1 Bảo mật đường truyền tín hiệu ...................................................................... 55
3.3.2 Bảo mật nội dung .......................................................................................... 56
3.3.3 Bảo mật thiết bị đầu cuối .............................................................................. 56
3.4 Thử nghiệm nén video và đánh giá chất lượng ................................................. 57
3.4.1 Mục đích thử nghiệm .................................................................................... 57
3.4.2 Quy trình chuẩn bị thử nghiệm...................................................................... 57

3.4.3 Cấu hình định dạng nén ................................................................................ 60
3.4.4 Đánh giá kết quả ........................................................................................... 64
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 67
Kết quả đạt được của đồ án.................................................................................... 67
Một số hướng nghiên cứu tiếp theo........................................................................ 67
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................... 68


v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AAC:

Advance Audio Coding

AMR:

Adaptive Multi-Rate

AVC:

Advanced Video Coding

CABAC:

Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding.

CIF:

Common Intermediate Format

CBP:

Coded Block Pattern

DDL:

Description Definition Language

DVB:

Digital Video Broadcasting

DVB-H:

Digital Video Broadcasting - Handheld

DVB-T:

Digital Video Broadcasting - Terrestrial

DVD:

Digital Video Disc

DCT:

Discrete Cosine Transform

DRM:

Digital Restrictions Management

ES:

Elementary Stream

FPS:

Frame Per Second

GOP:

Group of Picture

HD:

High Definition

HDTV:

High Definition Television

IDCT:

Inverse Discrete Cosine Transform

IEC:

International Electrotechnical Commission

IMT:

International Mobile Telecommunications

ISMAcrypt: Internet Streaming Media Alliance Cryption
ISO:

International Standard Organization

ITU:

International Telecommunication Union

MB:

Macroblock.


vi

MPE-FEC: Multiprotocol Encapsulation – Forward Error Correction
MPEG:

Moving Picture Expert Group

NAL:

Network Abstraction Layer

NTSC:

National Television System Committee.

PAL:

Phase Alternative

PDA:

Personal Digital Assistant

PES:

Packetized Elementary Stream

PSC:

Picture Start Code

RVLC:

Reversible Variable Length Codes

SDTV:

Standard Definition Television

Seq:

Sequence

Seq SC (SSC): Sequence Service Class
SNR:

Signal-to-Noise Ratio

SIF:

Source Intermediate Format

XML:

Extensible Markup Language

VHS:

Video Home System

VSB:

Vestigial sideband

VO:

Video Object

VOP:

Video Object Plane

TS:

Transport Stream

3GPP:

Third Generation Partnership Project


vii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Tính chất các định dạng ảnh SIF cơ bản ................................................ 19
Bảng 2.2: Tham số chuẩn MPEG-1 ....................................................................... 20
Bảng 2.3: Sự khác nhau giữa MPEG-1 và MPEG-2 ............................................... 24
Bảng 2.4: Bảng thông số chính Profiles và Levels của tín hiệu chuẩn MPEG-2 ..... 30
Bảng 3.1: Đánh giá kết quả.................................................................................... 64


viii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 (a) Tổng quan của một hệ thống có nén, bên phía nguồn sử dụng bộ nén
gọi là Compressor hay Coder, bên phía nhận sử dụng bộ giải nén là Expander hay
Decoder. .................................................................................................................. 5
Hình 1.1 (b) Minh họa sự bất đối xứng trong hệ thống, bộ mã hóa luôn phải

phức tạp hơn bộ giải mã. ................................................................................ 5
Hình 1.2 (a) MPEG định nghĩa giao thức giữa bộ mã hóa và bộ giải mã. ................. 6
Hình 1.2 (b) Hướng thiết kế của MPEG là cho phép tạo ra bộ mã hóa tốt hơn trong

tương lai nhưng vẫn đảm bảo tương thích với bộ giải mã hiện có. ........................... 6
Hình 1.2 (c) Chi tiết thiết kế của bộ mã hóa không nhất thiết phải công khai, đó có
thể là bí mật thương mại của nhà sản xuất. .............................................................. 6
Hình 1.3: Cấu trúc dòng Bit MPEG Video............................................................... 9
Hình 1.4: Cấu trúc ảnh MPEG ............................................................................... 12
Hình 1.5: Sơ đồ nén MPEG ................................................................................... 13
Hình 1.6: Sơ đồ giải nén MPEG ............................................................................ 15
Hình 2.1: Quá trình biến đổi sang định dạng SIF và kích thước mảng các điểm ảnh
.............................................................................................................................. 17
Hình 2.2: Tính toán giá trị cho các điểm ảnh trong bộ lọc thập phân ...................... 18
Bảng 2.1: Tính chất các định dạng ảnh SIF cơ bản ................................................ 19
Bảng 2.2: Tham số chuẩn MPEG-1 ....................................................................... 20
Hình 2.3: Quá trình nén video chuẩn MPEG-1 ...................................................... 21
Bảng 2.3: Sự khác nhau giữa MPEG-1 và MPEG-2 ............................................... 24
Hình 2.4: Chuẩn nén MPEG-2 ............................................................................... 24
Hình 2.5: Giải mã cấp theo SNR............................................................................ 25
Hình 2.6: Giải mã cấp theo không gian .................................................................. 26
Hình 2.7: (a) Bộ phân cấp theo tỉ lệ tín/tạp cho ra một tín hiệu có tỉ số tín/ồn ở mức
trung bình và một tín hiệu để giảm ồn.................................................................... 27


ix
Hình 2.7: (b) Bộ phân cấp theo không gian cho ra một tín hiệu ở mức trung bình và
một tín hiệu để tăng chất lượng hình ảnh. .............................................................. 27
Hình 2.8: Cấu trúc bộ mã hoá và giải mã MPEG-4 ................................................ 34
Hình 2.9: Các Profile và Level trong MPEG-4 ...................................................... 35
Hình 2.10: Cấu trúc mã hoá dữ liệu của H.264/AVC ............................................. 40
Hình 2.11: Các phần mã hoá của các Profile trong H.264 ...................................... 41
Hình 2.12: Sơ đồ mã hoá Video của H.264/MPEG Part 10 .................................... 44
Hình 2.13: Sơ đồ giải mã Video của H.264/MPEG Part 10 .................................... 46

Hình 2.14: Ví dụ về mã hoá chiều dài biến đổi ngược............................................ 48
Hình 3.1: Phần mềm Xilisoft Video Converter Ultimate ........................................ 57
Hình 3.2: Phần mềm PotPlayer 1.6.60136 ............................................................. 59
Hình 3.3: Cấu hình với chuẩn MPEG2 .................................................................. 60
Hình 3.4: Cấu hình với chuẩn H.264 (AVC) .......................................................... 61
Hình 3.5: Chất lượng ảnh xuất từ chuẩn H.264/AVC ............................................. 63
Hình 3.6: Chất lượng ảnh xuất từ chuẩn MPEG 2 .................................................. 63
Hình 3.7: Chất lượng ảnh xuất từ chuẩn 3GPP ...................................................... 64