NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XỬ LÍ TÍN HIỆU ẢNH H264-H265 MP4AVC VÀ CÁC CHUẨN NÉN. ĐI SÂU CHUẨN MP4 - ỨNG DỤNG TRUYỀN HÌNH TRÊN INTERNET_2

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 1 of 95.

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

PHẠM TUẤN HÙNG

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XỬ LÍ TÍN HIỆU ẢNH
H264-H265/MP4AVC VÀ CÁC CHUẨN NÉN. ĐI SÂU
CHUẨN MP4 - ỨNG DỤNG TRUYỀN HÌNH
TRÊN INTERNET

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

HẢI PHÒNG - 2016

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 2 of 95.

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

PHẠM TUẤN HÙNG

“NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ TÍN HIỆU
ẢNH H264-H265/MP4AVC VÀ CÁC CHUẨN NÉN. ĐI
SÂU CHUẨN MP4 - ỨNG DỤNG TRUYỀN HÌNH TRÊN
INTERNET”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ; MÃ SỐ: 60520203
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Quốc Vƣợng

HẢI PHÒNG - 2016
HẢI PHÒNG - 2016

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 3 of 95.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận án thạc sỹ này là của riêng tôi . Các lý thuyết cũng
nhƣ mô phỏng trong luận văn là chƣa từng đƣợc sử dụng cho bất cứ một luận án
nào khác .
Tôi xin cam đoan đã ghi rõ nguồn gốc của tất cả các trích dẫn.
Hải Phòng, ngày 5 tháng 9 năm 2016

Học viên : Phạm Tuấn Hùng

Học viên: Phạm Tuấn Hùng – KTĐT 2014-2016

i

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 4 of 95.

LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cám ơn các thầy giáo Viện Đào tạo sau đại học và Khoa Kỹ
thuật Điện tử Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam đã giảng dạy và giúp đỡ trong
suốt quá trình học tập tại trường. Đặc biệt là các thầy trong bộ môn và PGS.TS Lê
Quốc Vượng đã hướng dẫn tận tình cho tôi hoàn thành khóa luận.
Vì thời gian có hạn, khả năng bản thân còn hạn chế bài luận của em vẫn còn
nhiều khiếm khuyết. Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy và các bạn.

Hải Phòng, ngày 5 tháng 9 năm 2016

Học viên : Phạm Tuấn Hùng

Học viên: Phạm Tuấn Hùng – KTĐT 2014-2016

ii

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 5 of 95.

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Cấu trúc dòng Bít MPEG Video ............................................................... 3
Hình 1.2: Cấu trúc ảnh MPEG .................................................................................. 6
Hình 1.3: Nén MPEG ................................................................................................ 6
Hình 1.4: Giải nén MPEG ......................................................................................... 8
Hình 1.5: Sự tổ hợp khung hình trong MPEG - 4 ................................................... 10
Hình 1.6: Cấu trúc của bộ mã hoá và giải mã Video MPEG - 4............................. 11
Hình 1.7: Profiles và Levels trong MPEG -4 .......................................................... 12
Hình 2.1: Cấu trúc dòng video h.264 ...................................................................... 16
Hình 2.2: Chuyển mạch cho slice P ........................................................................ 17
Hình 2.3: Chuyển mạch cho slice I ......................................................................... 17
Hình 2.4: Cấu trúc dòng bit H.264 .......................................................................... 18
Hình 2.5. Mã hoá H.264 .......................................................................................... 19
Hình 2.6. Lịch sử của các chuẩn nén Video. ........................................................... 25
Hình 2.7. Xu hƣớng tốc độ bit của các chuẩn nén video ........................................ 25
Hình 2.8. Tổng quan mức cao của hệ thống các lớp trong HEVC. ........................ 27
Hình 2.9. Cấu trúc tích hợp hệ thống các lớp trong HEVC. ................................... 28
Hình 2.10. Cấu trúc bộ mã hóa HEVC.................................................................... 29
Hình 2.11. a) Slice; b) Tile ...................................................................................... 31
Hình 2.12. Phân chia đơn vị mã hóa (CU: Coding Unit) ........................................ 32
Hình 2.13. So sánh kích thƣớc CU của H.264 với HEVC. ..................................... 33
Hình 2.14. Các thành phần PU đồng bộ. ................................................................. 33
Hình 2.15. Các thành phần PU bất đồng bộ. ........................................................... 34
Hình 2.16. RQT ....................................................................................................... 34
Hình 2.17. NRQT (a) Thành phần 2N x N; (b) N x N ............................................ 35
Hình 2.18. Hƣớng dự đoán bên trong của HEVC. .................................................. 36
Hình 2.19. Nguồn gốc của dự đoán dùng Mode 2 chiều ........................................ 38
Hình 2.20. Bốn cấu trúc 1 D - 3 pixel cho phân loại điểm ảnh ở trong EO. ........... 38

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

Học viên: Phạm Tuấn Hùng – KTĐT 2014-2016

ii


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 6 of 95.

Hình 2.21. Chất lƣợng hình ảnh HEVC và H.264 ................................................. 42
Hình 2.22. Chất lƣợng hình ảnh HEVC tốt hơn H.264 khi so sánh cùng tốc độ bit. .... 45
Hình 3.1. Tiêu chuẩn 4:4:4 ...................................................................................... 47
Hình 3.2. Tiêu chuẩn 4:2:2 ...................................................................................... 48
Hình 3.3. Tiêu chuẩn 4:2:0 ...................................................................................... 48
Hình 3.4. Tiêu chuẩn 4:1:1 ...................................................................................... 49
Hình 3.5. Truyền hình trực tiếp trên mạng .............................................................. 51
Hình 3.6. Sơ đồ khối của CABAC .......................................................................... 58
Hình 3.7: Tác dụng của bộ lọc tách khối đối với ảnh đƣợc nén ............................ 60
Hình 3.8. Sơ đồ giải mã Video H264/MPEG -4 Part 10 ......................................... 60
Hình 3.9: Ví dụ về Mã hoá chiều dài biến đổi ngƣợc ............................................. 62
Hình 3.10: Mô hình dịch vụ phát trỉển và lƣu trữ websỉte/Trang TTĐT ................ 64
Hình 3.11: Sơ đồ toàn hệ thống............................................................................... 64
Hình 3.12: Quy trình làm việc hiện tại – dự phòng ................................................ 68
Hình 4.1. Các bảng quảng cáo điện tử trong hành lanh chờ tàu điện ngầm. .......... 70
Hình 4.2. Bảng đặc tính kĩ thuật của một bo mạch họ ARM .................................. 70
Hình 4.3. Mức tiêu hao bộ nhớ không đƣợc làm tƣơi cho tập tin 10MB đến 50MB….74

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

Học viên: Phạm Tuấn Hùng – KTĐT 2014-2016

iii


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 7 of 95.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. So sánh các đặc điểm mã hoá cơ bản. .................................................... 43
Bảng 2.2. So sánh HEVC Profile với H.264/AVC định dạng Random - Access. ....... 44
Bảng 2.3. So sánh HEVC Profile với H.264/AVC với đỉnh dạng Low - Delay ..... 45
Bảng 4.1. Mức tiêu hao bộ nhớ không đƣợc làm tƣơi từ 10MB đến 50MB........... 73
Bảng 4.2. Mức tiêu hao bộ nhớ đƣợc làm tƣơi từ 10MB đến 50MB ...................... 73
Bảng 4.3. Bảng tham số cho tiêu hao bộ nhớ không đƣợc làm tƣơi ....................... 75
Bảng 4.4. Bảng tham số cho tiêu hao bộ nhớ đƣợc làm tƣơi .................................. 76

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

Học viên: Phạm Tuấn Hùng – KTĐT 2014-2016

iv


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 8 of 95.

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. ii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ iv
MỤC LỤC ................................................................................................................. v
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ viii
Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ NÉN TÍN HIỆU VIDEO VÀ CHUẨN NÉN
MPEG. ................................................................................................................. ......1

1.1. Mục đích nén Video ........................................................................................... 1
1.1.1. Chuẩn nén MPEG............................................................................................ 2
1.1.2. Cấu trúc dòng bit MPEG video ....................................................................... 3
1.2. Các loại ảnh trong chuẩn MPEG:....................................................................... 5
1.3. Nguyên lý nén MPEG ........................................................................................ 6
1.4. Nguyên lý giải nén MPEG ................................................................................. 8
1.5. Chuẩn nén MPEG-4 ........................................................................................... 9
1.5.1. Khái quát về MPEG-4 ..................................................................................... 9
1.5.2. Công nghệ mã hóa và giải mã video trong MPEG-4 ...................................... 9
1.5.3. Các Profiles và Levels trong MPEG-4 .......................................................... 12
1.5.3. Kết luận chƣơng 1…………………………………………………….........13
CHƢƠNG 2: CHUẨN NÉN MP-4, ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÍN HIỆU H264 H265/MP- 4 ............................................................................................................ 14
2.1. Ứng dụng xử lý tín hiệu ảnh H264/MP-4 AVC ............................................... 14
2.1.1. Giới thiệu chung ............................................................................................ 14
2.1.2. Cấu trúc dữ liệu và các kiểu nén ................................................................... 15
2.1.3. Ứng dụng công nghệ nén ảnh H.264/MPEG – 4 AVC ................................. 21
2.2. Ứng dụng xử lý tín hiệu ảnh H265 ................................................................... 22
2.2.1. Tiêu chuẩn ..................................................................................................... 23
2.2.2. Ứng dụng và cấu trúc mức cao...................................................................... 26
2.3. Những đặc điểm mã hóa chính. ........................................................................ 31
2.3.1. Đơn vị mã hóa. .............................................................................................. 32
2.3.2. Đơn vị chuyển đổi. ........................................................................................ 35

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

Học viên: Phạm Tuấn Hùng – KTĐT 2014-2016

v

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 9 of 95.

2.4. Chuyển đổi tín hiệu không gian và lƣợng tử hóa. ............................................ 36
2.4.1. Thực hiện PCM. ............................................................................................ 37
2.4.2. Dự đoán trong ảnh. ........................................................................................ 37
2.4.3. Dự đoán liên ảnh. ......................................................................................... 38
2.4.4. Mã hóa Entropy. ............................................................................................ 40
2.4.5. Lọc vòng lặp. ................................................................................................. 40
2.4.6. So sánh với H.264/AVC. ............................................................................... 42
2.5. Kết luận chƣơng 2. ........................................................................................... 46
CHƢƠNG 3: TRUYỀN HÌNH TRÊN MẠNG INTERNET HIỆN TẠI VÀ
HƢỚNG PHÁT TRIỂN .......................................................................................... 47
3.1. Tiêu chuẩn video số thành phần truyền hình internet ...................................... 47
3.1.1. Tiêu chuẩn 4:4:4 ............................................................................................ 47
3.1.2 Tiêu chuẩn 4:2:2 ............................................................................................. 48
3.1.3. Tiêu chuẩn 4:2:0 ............................................................................................ 48
3.1.4. Tiêu chuẩn 4:1:1 ............................................................................................ 49
3.2. Truyền hình trên Internet.................................................................................. 50
3.3. Các kỹ thuật nén video truyền trên internet ..................................................... 54
3.3.1. Nén theo miền thời gian. ............................................................................... 54
3.3.2. Nén theo miền không gian. ........................................................................... 54
3.3.3.Bộ lọc tách khối.............................................................................................. 59
3.3.4. Kỹ thuật giải mã video .................................................................................. 60
3.3.5 So sánh hiệu quả mã hoá của H264/MPEG Part 10 với các tiêu chuẩn trƣớc
đó............... .............................................................................................................. 62
3.3.6. Giải pháp phát triển và lƣu trữ website ......................................................... 64
3.4. Qui trình sản xuất chƣơng trình dựa trên nền tảng File và quản lỹ dữ liệu
Media Asset Management (MAM) ......................................................................... 64
3.4.1. Sơ đồ toàn hệ thống ....................................................................................... 65
3.4.2. Qui trình làm việc. ......................................................................................... 65

3.4.3. Thông số kỹ thuật. ......................................................................................... 66

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

Học viên: Phạm Tuấn Hùng – KTĐT 2014-2016

vi


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 10 of 95.

3.4.4. So sánh qui trình làm việc hiện tại và qui trình mới. .................................... 66
3.5. Kết luận chƣơng 3………………………………………………………........67
CHƢƠNG 4: GIẢI PHÁP KỸ THUẬT HIỀN THỊ NỘI DUNG SỐ CHUẨN
MPEG4 ................................................................................................................... 69
4.1. Các tham số kỹ thuật……………………………………………………........68
4.2. Giải pháp thực hiện. ......................................................................................... 69
4.3. Tính ƣu việt của bo mạch ARM ...................................................................... 71
4.4. Đánh giá định hƣớng cho hoạt động hiển thị nội dung số chuẩn MPEG – 4 của
bo đơn mạch họ ARM cho DCDDS........................................................................ 72
4.5. Kết luận chƣơng 4 ............................................................................................ 76
KẾT LUẬN ............................................................................................................. 77
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 78

NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪNError! Bookmark not defined.
ĐÁNH GIÁ CỦA NGƢỜI PHẢN BIỆN ............... Error! Bookmark not defined.

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

Học viên: Phạm Tuấn Hùng – KTĐT 2014-2016

vii


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 11 of 95.

MỞ ĐẦU
Ngành truyền hình Việt Nam đã qua nhiều giai đoạn phát triển, từ truyền hình
đen trắng, truyền hình màu và hiện nay truyền hình số đang phát triển mạnh mẽ
trên tất cả mọi lĩnh vực: truyền hình cáp, truyền hình số mặt đất DVB-T, truyền
hình số qua vệ tinh. Khi Internet phát triển mạnh và trở thành hệ thống có quy mô
toàn cầu, trở nên phổ cập rất nhanh trong mọi lĩnh vực, bằng việc kết nối các
chƣơng trình hình với hệ thống viễn thông - Internet, một công nghệ truyền hình
mới ra đời đó là truyền hình Internet.
Hiện nay ở Việt Nam có thể nói chƣa bao giờ xem truyền hình trực tuyến
trên intenet lại phổ cập và chất lƣợng ổn định nhƣ vậy. Kỹ thuật Truyền hình có rất
nhiều loại: ghi hình, cắt dựng hình, các kiểu nén Video, kỹ thuật truyền tải... Với
đề tài “NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ TÍN HIỆU ẢNH H264 H265/MP-4 VÀ CÁC CHUẨN NÉN, ĐI SÂU CHUẨN MP4 - ỨNG DỤNG
TRUYỀN HÌNH TRÊN MẠNG INTERNET”. em xin đi vào nghiên cứu ứng
dụng xử lý tín hiệu ảnh H264-H265/MP4AVC trong truyền hình để đạt đƣợc hiệu
quả cao hơn đồng thời trình bày về một số ứng dụng truyền hình trên mạng internet
hiện nay.
Sau một thời gian tìm hiểu và cùng với sự hƣớng dẫn của các thầy giáo
trong ngành và thầy giáo PGS.TS. Lê Quốc Vƣợng trực tiếp hƣớng dẫn, đến nay
em đã hoàn thành đồ án này với nội dung gồm 5 chƣơng:
o Chƣơng I: Khái quát chung
o Chƣơng II: Phân tích chuẩn nén MP4, ứng dụng xử lí tín hiệu H264 H265/MP- 4 AVC
o Chƣơng III: Truyền hình với internet hiện nay
o Chƣơng IV: Giải pháp kỹ thuật hiển thị nội dung số chuẩn MP4
o Chƣơng V: Kết luận

Em xin bày tỏ lòng cảm ơn tới các thầy giáo đã giúp đỡ để em có thể hoàn
thành luận án tốt nghiệp này.
Hải Phòng, ngày 5 tháng 9 năm 2016
Học viên : Phạm Tuấn Hùng

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai -

Học viên: Phạm Tuấn Hùng – KTĐT 2014-2016

viii


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 12 of 95.

Chƣơng 1
KHÁI QUÁT VỀ NÉN TÍN HIỆU VIDEO VÀ CHUẨN NÉN MPEG
1.1. Mục đích nén Video
Tín hiệu video sau khi đƣợc số hoá 8 bit có tốc độ 216 Mb/s. Để có thể truyền
trong một kênh truyền hình thông thƣờng, tín hiệu video số cần phải đƣợc nén
trong khi vẫn phải đảm bảo chất lƣợng hình ảnh.
Nhƣ chúng ta biết tín hiệu video có dải phổ từ 0 - 6 MHz, tuy nhiên trong nhiều
trƣờng hợp năng lƣợng phổ chủ yếu tập trung ở miền tần số thấp và chỉ có rất ít
thông tin chứa đựng ở miền tần số cao.
Đối với tín hiệu video số, số lƣợng bit đƣợc sử dụng để truyền tải thông tin đối
với mỗi miền tần số khác nhau, có nghĩa là: miền tần số thấp, nơi chứa đựng nhiều
thông tin, đƣợc sử dụng số lƣợng bít lớn hơn và miền tần số cao, nơi chứa đựng ít
thông tin, đƣợc sử dụng số lƣợng bít ít hơn. Tổng số bít cần thiết để truyền tải
thông tin về hình ảnh sẽ giảm một cách đáng kể và dòng dữ liệu đƣợc “nén ” mà
chất lƣợng hình ảnh vẫn đảm bảo. Thực chất của kỹ thuật “nén video số” là loại bỏ
đi các thông tin dƣ thừa. Các thông tin dƣ thừa trong nén video số thƣờng là:

- Độ dƣ thừa không gian giữa các pixel.
- Độ dƣ thừa thời gian do các ảnh liên tiếp nhau.
- Độ dƣ thừa do các thành phần màu biểu diễn từng pixel có độ tƣơng quan
Cao.
- Độ dƣ thừa thống kê do các kí hiệu xuất hiện trong dòng bít với xác suất
xuất hiện không đều nhau;
- Độ dƣ thừa tâm lý thị giác (các thông tin nằm ngoài khả năng cảm nhận của
mắt).vv...
Nhƣ vậy, mục đích của nén tín hiệu video là:
- Giảm tốc độ dòng bít của tín hiệu gốc xuống một giá trị nhất định đủ để có thể
tái tạo ảnh khi giải nén.
- Giảm dung lƣợng dữ liệu trong lƣu trữ cũng nhƣ giảm băng thông cần thiết.

Học -viên:
Hùng
1 hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 13 of 95.

- Tiết kiệm chi phí trong lƣu trữ và truyền dẫn dữ liệu trong khi vẫn duy trì chất
lƣợng ảnh ở mức chấp nhận đựơc.
Với nguyên nhân và mục đích của việc nén tín hiệu đƣợc trình bày nhƣ ở trên,
ngày nay có nhiều các chuẩn nén đã ra đời nhƣ: JPEG, M-JPEG, MPEG, DV...

Trong đó chuẩn nén MPEG đƣợc sử dụng nhiều trong nén video trong truyền hình
với thành công của chuẩn nén video MPEG-2 trong truyền hình số và chuẩn nén
MPEG-4 trong truyền hình trên mạng Internet.
1.1.1. Chuẩn nén MPEG
* Khái quát về nén MPEG
MPEG (Moving Picture Expert Group) là nhóm chuyên gia về hình ảnh,
đƣợc thành lập từ tháng 2 năm 1988 với nhiệm vụ xây dựng tiêu chuẩn cho tín hiệu
Audio và Video số. Ngày nay, MPEG đã trở thành một kỹ thuật nén Audio và
Video phổ biến nhất vì nó không chỉ là một tiêu chuẩn riêng biệt mà tuỳ thuộc vào
yêu cầu cụ thể của từng thiết bị sẽ có một tiêu chuẩn thích hợp nhƣng vẫn trên
cùng một nguyên lý thống nhất.
Tiêu chuẩn đầu tiên đƣợc nhóm MPEG đƣa ra là MPEG-1, mục tiêu của
MPEG-1 là mã hoá tín hiệu Audio-Video với tốc độ khoảng 1.5Mb/s và lƣu trữ
trong đĩa CD với chất lƣợng tƣơng đƣơng VHS.
Tiêu chuẩn thứ 2 : MPEG-2 đƣợc ra đời vào năm 1990. MPEG-2 với “công
cụ ” mã hoá khác nhau đã đƣợc phát triển. Các công cụ đó gọi là “Proíĩles” đƣợc
tiêu chuẩn hoá và có thể sử dụng để phục vụ nhiều mục đích khác nhau.
Tiêu chuẩn tiếp theo mà MPEG đƣa ra là MPEG-4, đƣợc đƣa ra vào tháng
10 năm 1998, đã tạo ra một phƣơng thức thiết lập và tƣơng tác mới với truyền
thông nghe nhìn trên mạng Internet, tạo ra một phƣơng thức sản xuất, cung cấp và
tiêu thụ mới các nội dung video trên cơ sơ nội dung và hƣớng đối tƣợng
(content/object-based).
MPEG-7: là một chuẩn dùng để mô tả các nội dung Multimedia, chứ không
phải là một chuẩn cho nén và mã hoá audio/ảnh động nhƣ MPEG-1, MPEG-2 hay
MPEG-4. MPEG-7 sử dụng ngôn ngữ đánh dấu mở rộng XML(Extansible Markup

Học -viên:
Hùng
2 hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm

Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 14 of 95.

Language) để lƣu trữ các siêu dữ liệu Metadata, đính kèm timecode để gắn thẻ cho
các sự kiện, hay đồng bộ các dữ liệu. MPEG-7 bao gồm 3 bộ chuẩn sau:
- Bộ các sơ đồ đặc tả (Description Schemes) và các đặc tả (Description).
- Ngôn ngữ xác định DDL (Description Definition Language) để định nghĩa
các sơ đồ đặc tả.
- Sơ đồ mã hoá quá trình đặc tả.
Việc kết hợp MPEG-4 và MPEG-7 sẽ tạo ra các giải pháp lý tƣởng cho các dịch
vụ Streaming Media, các hệ thống lƣu trữ và sản xuất Streaming Media trong thời
gian tới.
1.1.2. Cấu trúc dòng bit MPEG video

Hình 1.1: Cấu trúc dòng Bít MPEG Video
Trong đó :
♦ Sequence: Thông tin về chuỗi bit
Video Params: chứa thông tin về chiều cao, bề rộng, tỷ lệ khuôn hình các

Học -viên:
Hùng
3 hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn

kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 15 of 95.

phần tử ảnh.
Bitstream Params: Thông tin về tốc độ bit và các thông số khác.
QTs: có 2 loại QTs :
- Nén trong ảnh (ảnh I - I Frame)
- Nén liên ảnh (ảnh P - P Frame)
Đoạn video và thông tin đầu đoạn tạo thành một dòng bít đƣợc mã hoá gọi là
dòng cơ sở (Elementary Stream).
♦ GOP (Group Of Picture): Thông tin về nhóm ảnh
Là tổ hợp của nhiều các khung I, P, B. Cấu trúc nhóm ảnh gồm 2 tham số là:
m và n (tham số m xác định số khung hình B và P xuất hiện giữa 2 khung hình I
gần nhau nhất, tham số n xác định số khung B xuất hiện giữa 2 khung P). Mỗi một
nhóm ảnh bắt đầu bằng một khung I và xác định điểm bắt đầu để tìm kiếm và biên
tập.
Các tham số của đoạn mào đầu của GOP:
- Time code: mã định thời, xác định giờ, phút, giây, ảnh.
- GOP Params: miêu tả cấu trúc GOP.
♦ Pict: thông tin về ảnh, các tham số trong phần mào đầu của Pict:
Type: Cho phép bộ giải mã xác định ảnh đựơc mã hoá là ảnh I, P hay B.
Buffer Params: thông tin về Buffer(chỉ thứ tự truyền khung để bộ giải
mã có thể sắp xếp các loại ảnh theo một thứ tự đúng).
Encode Params: chứa thông tin về đồng bộ, độ phân giải và phạm vi của
vector chuyển động.

♦ Slice: Mảng bao gồm một vài cấu trúc khối kề nhau.
Kích thƣớc lớn nhất của mảng có thể bao gồm toàn bộ bức ảnh và kích
thƣớc nhỏ nhất của mảng là một cấu trúc khối. Các thông số của đoạn mào đầu của
Slice gồm:
- Vert PoS: Slice bắt đầu từ dòng nào.
- Qscale: Thông tin về bảng lƣợng tử.

Học -viên:
Hùng
4 hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 16 of 95.

Kích thƣớc thông tin đầu của mảng đƣợc xác định bằng số lỗi cho phép xuất
hiện trong mảng đối với một ứng dụng nhất định, do đó bộ giải mã có thể bỏ qua
các mảng có nhiều lỗi và xác định bằng tính hiệu quả của phƣơng pháp nén ảnh.
Do đó hệ số cân bằng lƣợng tử có thể đƣợc điều chỉnh thƣờng xuyên với việc sử
dụng các mảng có kích thƣớc nhỏ hơn. Hệ số DCT tham chiếu dùng trong mã hóa
DPCM sẽ đƣợc so chuẩn tại mỗi mảng.
♦ MB (Macroblock)
Một cấu trúc khối là một nhóm các khối tƣơng ứng với lƣợng thông tin chứa
đựng trong kích thƣớc 16x16 điểm trên bức ảnh.
Các tham số của đoạn mào đầu của nhóm MB:

Addr Iner: Số lƣợng MB đƣợc bỏ qua.
Type : Loại vector chuyển động dung cho Macroblock.
Qscale : Bảng lƣợng tử dùng cho Macroblock.
Coded Block Pattern (CBP): chỉ rõ Block nào đƣợc mã hoá.
1.2. Các loại ảnh trong chuẩn MPEG:
Trong nén MPEG ngƣời ta sử dụng 3 loại ảnh sau:
“Ảnh I (Intra Pictures): đƣợc mã hóa mà không có sự so sánh tham khảo
các ảnh khác, dùng trong nén trong ảnh. Chúng chứa tất cả các thông tin cần thiết
để tái tạo lại ảnh sau giải mã, nên tỷ lệ nén các ảnh I tƣơng đối thấp. Vì vậy, ảnh I
là điểm nút quan trọng phục vụ việc truy cập vào một đoạn Video.”
“Ảnh P (Predicted Pictures): đƣợc mã hoá từ ảnh I, ảnh P trƣớc đó, nhờ sử
dụng các thuật toán dự đoán bù chuyển động. Các ảnh P có thể đƣợc sử dụng nhƣ
là cơ sở dữ liệu cho việc dự đoán ảnh tiếp theo. Tuy nhiên do hạn chế của kỹ thuật
bù chuyển động, số ảnh P giữa hai ảnh I không thể quá lớn. Tỷ lệ nén của các ảnh
P tƣơng đối lớn so với tỷ lệ nén các ảnh I.”
“Ảnh B (Bidirectionally Predicted Pictures): đƣợc mã hoá bới phép nội
suy giữa các ảnh I và P ở trƣớc và sau đó. Vì không đƣợc sử dụng để mã hoá các
ảnh tiếp theo, ảnh B không phải là nguồn gốc sinh ra các lỗi ảnh trong quá trình mã
hoá. Các ảnh B cho tỷ lệ nén cao nhất.”N = khoảng cách giữa

Học -viên:
Hùng
5 hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 17 of 95.

Hình 1.2. Cấu trúc ảnh MPEG

1.3. Nguyên lý nén MPEG

Hình 1.3: Nén MPEG

Học -viên:
Hùng
6 hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 18 of 95.

Cơ sở của công nghệ nén video MPEG là sự kết hợp giữa nén trong ảnh (Intra
-Frame Compression) và công nghệ nén liên ảnh ( Inter-Frame Compression).
Trong đó:
- “Nén trong ảnh (Intra -Frame Compression): là loại nén nhằm giảm bớt
thông tin dƣ thừa trong miền không gian. Nén trong ảnh sử dụng cả hai quá trình
có tổn hao và không có tổn hao để giảm bớt dữ liệu trong ảnh. Quá trình này không
sử dụng thông tin của các ảnh trƣớc và sau ảnh đang xét.”
- “Nén liên ảnh (Intra -Frame Compression): Trong tín hiệu video có chứa

thông tin dƣ thừa trong miền thời gian. Nghĩa là với một chuỗi liên tục các ảnh,
lƣợng thông tin chứa đựng trong mỗi ảnh thay đổi rất ít từ ảnh này sang ảnh khác.
Tính toán sự dịch chuyển vị trí của nội dung ảnh là một phần rất quan trọng trong
kỹ thuật nén liên ảnh. Trong thuật nén MPEG, quá trình xác định Vector chuyển
động đƣợc thực hiện bằng cách chia hình ảnh thành các Macro-Block, mỗi MacroBlock có 16 x 16 phần tử ảnh (tƣơng đƣơng với 4 Block, mỗi Block có 8 x 8 phần
tử ảnh). Để xác định chiều chuyển động, ngƣời ta tìm kiếm vị trí của Macro-Block
trong ảnh tiếp theo, kết quả của sự tìm kiếm sẽ cho ta Vector chuyển động của
Macro-Block .”
Nguyên lý nén MPEG :
“Dạng thức đầu vào là Rec- 601 4:2:2 hoặc 4:2:0. Ảnh hiện tại đƣợc so sánh
với ảnh trƣớc tạo ra ảnh khác biệt. Ảnh này sau đó lại đƣợc nén trong ảnh qua các
bƣớc : biến đổi DCT, lƣợng tử hóa, mã hoá. Dữ liệu của ảnh khác biệt và vector
chuyển động (đƣợc xác định nhƣ trên ) mang thông tin về ảnh sau nén liên ảnh
đƣợc đƣa đến bộ đệm ở đầu ra.”
“Tốc độ bít của tín hiệu video đƣợc nén không cố định, phụ thuộc vào nội
dung ảnh đang xét (ví dụ một phần nén ít hơn hoặc nhiều hơn), nhƣng tại đầu ra bộ
mã hoá dòng bít phải cố định để xác định tốc độ cho dung lƣợng kênh truyền.”

Học -viên:
Hùng
7 hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 19 of 95.

1.4. Nguyên lý giải nén MPEG
Video

Hình 1.4: Giải nén MPEG
Nguyên lý giải nén MPEG:
“Đầu tiên là giải mã Entropy, sau đó tách dữ liệu ảnh (hệ số biến đổi DCT)
ra khỏi các vector chuyển động. Dữ liệu ảnh sẽ đƣợc giải lƣợng tử hoá và biến đổi
DCT ngƣợc.”
“Nếu ảnh là ảnh loại I bắt đầu ở mỗi nhóm ảnh trong chuỗi, ở đầu ra sẽ nhận
đƣợc ảnh hoàn chỉnh bằng cách trên ( vì ảnh loại I chỉ là nén trong ảnh, không có
bù chuyển động, không dùng dữ liệu của ảnh khác). Nó đƣợc lƣu trữ trong bộ nhớ
ảnh và đƣợc và đƣợc dùng để giải mã các ảnh tiếp theo.”
“Nếu ảnh là ảnh loại P thì cũng thực hiện giải lƣợng tử hóa và biến đổi DCT
ngƣợc kết hợp với việc sử dụng vector chuyển động và lƣu vào bộ nhớ ảnh sớm
hơn. Trên cơ sở đó xác định đƣợc dự đoán ảnh đang xét. Ta nhận đựơc ảnh ra sau
khi cộng dự đoán ảnh (ảnh dự đoán) và kết quả biến đổi DCT ngƣợc. Ảnh này
cũng đƣợc lƣu vào bộ nhớ để có thể sử dụng nhƣ là chuẩn khi giải mã các ảnh tiếp
theo.”

Học -viên:
Hùng
8 hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 20 of 95.

1.5. Chuẩn nén MPEG-4
1.5.1. Khái quát về MPEG-4
“Ngày nay, khi nhu cầu truyền phát các ứng dụng video và đa phƣơng tiện mới
trên hạ tầng kỹ thuật Internet đã làm nảy sinh các yêu cầu chức năng mới không có
trong các chuẩn nén MPEG -1 và MPEG -2 hay các chuẩn nén trƣớc đó. Tháng 10
năm 1998 với sự xuất hiện của chuẩn nén MPEG -4 đã tạo ra một phƣơng thức
thiết lập và tƣơng tác mới với truyền thông nghe nhìn trên mạng Internet, tạo ra
một phƣơng thức sản

xuất, cung cấp và tiêu thụ mới các nội dung video trên cơ

sở nội dung vàhƣớng đối tƣợng (content/object-based). Đây chính là một công
nghệ trình diễn truyền thông đa phƣơng tiện phức hợp, có khả năng truyền thông
tại các môi trƣờng truyền thông đa phƣơng tiện phức hợp, có khả năng truyền
thông tại các môi trƣờng : truyền hình số, đồ hoạ tƣơng tác, World Wide Web. Vì
vậy, nhiệm vụ của MPEG -4 là nhằm phát triển các chuẩn xử lý, mã hoá và hiển thị
ảnh động, audio và các tổ hợp của chúng.MPEG -4 đang đƣợc triển khai bởi nhiều
nhà vận hành mạng và dịch vụ trên thế giới với các dịch vụ mới đang đƣợc bổ
xung để chiếm các lợi thế cấu trúc hạ tầng băng rộng đang phát triển.”
1.5.2. Công nghệ mã hóa và giải mã video trong MPEG-4
“Chuẩn MPEG -4 là một chuẩn động, dễ thay đổi: với MPEG -4 các đối
tƣợng khác nhau trong một khung hình có thể đƣợc 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.”

Học -viên:
Hùng

9 hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 21 of 95.

Hình 1.5: Sự tổ hợp khung hình trong MPEG - 4
“Cũng nhờ xác định, tách và xử lý riêng các đối tƣợng (nhƣ nhạc nền, âm
thanh xa gần, đồ vật, đối tƣợng ảnh video nhƣ con ngƣời hay động vật, nền khung
hình...) nên ngƣời sử dụng có thể loại bỏ riêng từng đối tƣợng khỏi khuôn hình. Sự
tổ hợp lại thành khung hình chỉ đƣợc thực hiện sau khi giải mã các đối tƣợng đó.”
“Trên hình 5 là ví dụ về sự tổ hợp khuôn hình MPEG -4. Trong hình có
nhiều đối tƣợng nhƣ: bàn, quả cầu, bảng đen, ngƣời hƣớng dẫn và audio đƣợc đặt
vào một hệ thống toạ độ không gian 3 chiều (3-D) đối với vị trí ngƣời xem giả
định.”

Học -viên:
Hùng
10hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 22 of 95.

Hình 1.6: Cấu trúc của bộ mã hoá và giải mã Video MPEG - 4
“Trên hình 6 là cấu trúc của bộ mã hoá và giải mã Video MPEG - 4, các
thiết bị mã hoá và giải mã video đều áp dụng sơ đồ mã hoá nhƣ nhau cho mỗi đối
tƣợng video (video-object) riêng biệt.Ví dụ khi ta mã hoá và tổng hợp một khung
hình, nhiều đối tƣợng đầu vào nhƣ: ôtô, nhà, ngƣời. đƣợc tách ra khỏi video đầu
vào. Mỗi đối tƣợng video sau đó đƣợc mã hoá riêng rẽ bởi bộ mã hoá đối tƣợng
video VO (video object) và đƣợc truyền đi trên mạng. Tại vị trí thu, những đối
tƣợng này đƣợc giải mã riêng rẽ nhờ bộ giải mã VO decoder và gửi đến bộ tổng
hợp Compositor .Vì vậy ngƣời sử dụng có thể thực hiện các hoạt động tƣơng tác
riêng với từng đối tƣợng (thay đổi tỷ lệ, di chuyển, kết nối, loại bỏ, bổ xung các
đối tƣợng.) ngay tại vị trí giải mã hay mã hoá. Ngoài ra, ngƣời dùng có thể
download các đối tƣợng khác từ thƣ viện cơ sở dữ liệu (có sẵn trên thiết bị hay từ
xa thông qua mạng LAN, WAN hay Internet) để chèn thêm vào hay thay thế các
đối tƣợng có trong khuôn hình gốc.”
Các bộ phận chức năng chính trong các thiết bị MPEG -4 bao gồm:
- Bộ mã hoá hình dạng ngoài Shape coder dùng để nén đoạn thông tin, giúp
xác định khu vực và đƣờng viền bao quanh đối tƣợng trong khung hình
scene.

Học -viên:
Hùng
11hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT

tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 23 of 95.

- Bộ dự đoán và tổng hợp động để giảm thông tin dƣ thừa theo thời gian.
- Bộ kết cấu mặt ngoài Texture coder dùng để xử lý dữ liệu bên trong và các
dữ liệu còn lại sau khi đã bù chuyển động.
“Trong MPEG -4, tất cả các đối tƣợng có thể có thể đƣợc mã hoá với sơ đồ mã
hoá tối ƣu riêng của nó: videođƣợc mã hoá theo kiểu video, text đƣợc mã hoá theo
kiểu text, các đồ hoạ đƣợc mã hoá theo kiểu đồ hoạ... thay vì việc xử lý tất cả các
phần tử ảnh pixels nhƣ là mã hoá ảnh động. Do các quá trình mã hoá đã đƣợc tối
ƣu hoá cho từng loại dữ liệu thích hợp, nên chuẩn MPEG -4 sẽ cho phép mã hoá
với hiệu quả cao tín hiệu ảnh video, audio và cả các nội dung tổng hợp nhƣ các bộ
mặt và cơ thể hoạt hình.”
1.5.3. Các Profiles và Levels trong MPEG-4
Trên hình vẽ (Hình 1.7) nói về một số bộ công cụ của thiết bị MPEG -4. Có
nhiều Proílles nhƣ: Media Proílles , Scene Graph Proílles, MPEG-J Proílles...

Hình 1.7: Profiles và Levels trong MPEG -4

Học -viên:
Hùng
12hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016

123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 24 of 95.

Chuẩn nén MPEG -4 bao gồm nhiều tính năng khác nhau và 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 chỉ đƣợc trang
bị một số tính năng phù hợp với một phạm vi

ứng dụng nhất định và để tạo

điều kiện cho ngƣời sử dụng lựa chọn công cụ MPEG -4, các thiết bị MPEG -4
chia thành các nhóm công cụ gọi là các Proílles, mỗi nhóm Proílles chỉ chứa một
vài tính năng cần thiết của chuẩn mã hoá thích hợp cho một phạm vi ứng dụng nào
đó. Mỗi Proílles lại chỉ có một số các mức Levels khác nhau, thể hiện mức độ phức
tạp xử lý tính toán dữ liệu của công cụ đó (thông qua việc xác định rõ tốc độ bít,
con số tối đa của các đối tƣợng trong khung hình, độ phức tạp của quá trình giải
mã audio.)”
1.6. Kết luận chƣơng 1:
Cho tới nay có rất nhiều các chuẩn nén đã đƣợc đƣa vào ứng dụng cho nén
video (tùy theo yêu cầu của mục đích) mà áp dụng phù hợp với nội dung truyền
video. Đối với truyền hình trên mạng internet đòi hỏi chất lƣợng xem các ảnh phải
ở chất lƣợng cao, dung lƣợng lớn vì vậy qua chƣơng 1 khái quát về các chuẩn nén
MPG. Có thể khẳng định rằng chuẩn nén MP4 là phù hợp với yêu cầu xử lí tín hiệu
của thực tế trong công nghiệp Truyền thông hiện nay.

Học -viên:
Hùng
13hang - thuong mai Footer Page

FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 25 of 95.

Chƣơng 2
CHUẨN NÉN MP-4, ỨNG DỤNG XỬ LÝ TÍN HIỆU
H264 -H265/MP- 4
2.1. Ứng dụng xử lý tín hiệu ảnh H264/MP-4 AVC
2.1.1 Giới thiệu chung
“Kể từ khi mới xuất hiện vào đầu những năm 90, chuẩn nén video MPEG-2
đã hoàn toàn thống lĩnh thế giới truyền thông. Chuẩn nén MPEG-2 đã đƣợc cải tiến
về nhiều mặt. Việc ứng dụng nó đƣợc mở rộng hơn nhờ có các kỹ thuật nhƣ đoán
chuyển động, tiền xử lý, xử lý đối ngẫu và phân bổ tốc độ bit tùy theo tình huống
thông qua ghép kênh thống kê.”
“Tuy nhiên, chuẩn nén MPEG-2 cũng không thể đƣợc phát triển một cách
vô hạn định. Thực tế hiện nay cho thấy chuẩn nén này đã đạt đến hết giới hạn ứng
dụng của mình trong lĩnh vực truyền truyền hình từ sản xuất tiền kỳ đến hậu kỳ và
lƣu trữ Video số. Bên cạnh đó, nhu cầu nén Video lại đang ngày một tăng cao kèm
theo sự phát triển mạnh mẽ của mạng IP mà tiêu biểu là mạng Internet.”
Chuẩn video MPEG-2 bị hạn chế bởi hai yếu tố trong định nghĩa ban đầu
(original definition) của nó:
- “Tốc độ bit nhắm tới của video đƣợc nén là khoảng 2-15 Mb/s (đối
với main profile ở mail level). Tiêu chuẩn này không chứa giới hạn tốc độ bit
thấp hơn bất kỳ vì điều này không đƣợc yêu cầu trong định nghĩa của bộ mã

hóa tƣơng thích. Hiển nhiên MPEG-2 cũng không hiệu quả với tốc độ bit thấp
hơn.”
- “Silicon cho thực hiện MPEG-2 đã bị giới hạn đến trình độ công nghệ
của những ngày đó. Điều này có nghĩa là trong năm 1994 ASIC (application
Specific Integrated Circuit) đƣợc sử dụng trong thiết kế bộ giải mã với mật độ
120.000 gate/chip với kích thƣớc gate 0.5 - 1 m. Trong khi đó công nghệ tiên
tiến ngày nay đã đạt 25.000.000 gate/ASIC với kích thƣớc gate nhỏ hơn 0.1
m.”

Học -viên:
Hùng
14hang - thuong mai Footer Page
FooterPhạm
Page -Tuấn
kho luan
van–- KTĐT
tai lieu -2014-2016
123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan