HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
---------------------------------------
Trn Thanh Phong
NGHIÊN CỨU V ĐNH GI CHUN M HA
VIDEO AV1
Chuyên ngnh: K thut Vin thông
M s: 8.52.02.08
TM TT ĐỀ N TT NGHIỆP THẠC SĨ
H NI – NĂM 2023
Đề án tốt nghiệp được hoàn thành tại:
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyn Th Thu Hiên
Phản biện 1: PGS.TS. Đặng Thế Ngọc
Phản biện 2: TS. Dư Đình Viên
Đề án tốt nghiệp sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm đề án tốt nghiệp thạc sĩ
tại Học viện Công nghệ Bưu chính Vin thông
Vào lúc: 10 giờ 15 phút ngày 29 tháng 7 năm 2023
Có thể tìm hiểu đề án tốt nghiệp tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Vin thông.
1
M ĐU
Internet đã trở thành một trong những khía cạnh quan trọng nhất của xã hội, cung cấp
nhiều dch vụ khác nhau giúp đơn giản hóa cuộc sống của con người. Hai trong số các tính
năng chính mà internet cung cấp là d dàng truy cập và chia sẻ nội dung đa phương tiện phong
phú.
Video chất lượng cao luôn được mong muốn nhưng điều đó thường tăng chi phí băng
thông internet và lưu trữ hơn. Điều này đã thúc đẩy nhu cầu về chuẩn nén video với hiệu quả
nén tốt hơn đồng thời giảm tiêu thụ băng thông mạng. Vì vậy tầm quan trọng của việc triển
khai một chuẩn nén video mới là rất cần thiết. Từ đó AV1 đã được cho ra đời nhằm đáp ứng
những nhu cầu trên.
AV1 là đnh dạng nén video mã nguồn mở thế hệ mới, dự đnh là bộ mã hóa kế thừa
VP9 của Google và là đối thủ của tiêu chuẩn HEVC. Bộ mã hóa min phí bản quyền này được
phát triển bởi Alliance for Open Media. Nhóm đã được thành lập để xử lý với những thách
thức mà tiêu chuẩn mã hóa video cũ đang đối mặt. AV1 cho tiết kiệm băng thông khoảng
30% so với VP9 và HEVC, đồng thời cải thiện đáng kể chất lượng hình ảnh ở tốc độ bit tương
đương. Một số tên tuổi lớn trong thế giới công nghệ bao gồm Microsoft, Cisco, Google,
Amazon và thậm chí cả Netflix gần đây đã bắt đầu áp dụng chuẩn mã hóa AV1 để cách mạng
hóa dch vụ video trực tuyến.
Nhận thấy được tính thiết thực của đề tài, học viên xin chọn hướng nghiên cứu
“Nghiên cứu v đánh giá chuẩn m hóa video AV1” làm đề án tốt nghiệp của mình.
Nội dung nghiên cứu của đề án tốt nghiệp bao gồm cấu trúc 3 chương như sau:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÃ HÓA VIDEO
CHƯƠNG 2: CHUẨN MÃ HÓA VIDEO AV1
CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÃ HÓA VIDEO CHUẨN AV1 SO
VỚI CHUẨN HEVC.
2
CHƯƠNG 1: TNG QUAN VỀ M HA VIDEO
1.1 Giới thiệu về mã hóa video
Trong thập kỷ qua, các ứng dụng video dựa trên web đã trở nên phổ biến, với các thiết
b hiện đại và cơ sở hạ tầng mạng thúc đẩy sự tăng trưởng nhanh chóng trong việc tiêu thụ
nội dung có độ phân giải cao, chất lượng cao. Do đó, những người sử dụng băng thông chiếm
ưu thế như video theo yêu cầu (VoD), phát trực tiếp và video đàm thoại, cùng với các ứng
dụng mới đang nổi lên bao gồm thực tế ảo và trò chơi trên đám mây, vốn phụ thuộc rất nhiều
vào độ phân giải cao và độ trthấp. Điều này đặt ra những thách thức với cơ sở hạ tầng truyền
dẫn và tạo ra nhu cầu mạnh mẽ hơn đối với công nghệ nén video hiệu quả cao.
Mã hóa video là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng gần đây được thúc đẩy bởi nhu
cầu ngày càng tăng đối với video kỹ thuật số Ultra-High Defnition (UHD) trong các ứng dụng
như truyền hình kỹ thuật số, video trực tiếp và hội ngh truyền hình. Video kỹ thuật số không
nén yêu cầu số lượng lớn số lượng bit được truyền qua Internet. Do đó để có thể tiết kiệm
không gian lưu trữ và truyền đi trong một băng thông kênh truyền hạn chế thì luôn cần phải
mã hóa tín hiệu video.
Nguyên lý của việc mã hóa video dựa trên các kỹ thuật giảm các dư thừa thông tin sau:
- Dư thừa thông tin trong miền không gian
- Dư thừa thông tin trong miền thời gian
- Dư thừa thông tin trong dữ liệu ảnh sau khi mã hóa
Ưu điểm của việc nén video là:
- Tiết kiệm băng thông kênh truyền (trong thời gian thực hoặc nhanh hơn).
- Kéo dài thời gian sử dụng của thiết b lưu trữ, giảm chi phí đầu tư thiết b lưu trữ.
- Giảm dung lượng thông tin mà không làm mất tính trung thực của hình ảnh.
1.2 Các phương pháp m hóa video
1.2.1 Phân loi các k thut nn video
Nén video được phân thành hai loại, nén không tổn hao và nén có tổn hao.
1.2.2 Phương pháp m hóa video dự đoán
Mã hóa video dự đoán đã có bước phát triển mạnh mẽ trong vài năm trở lại đây, nhiều
thuật toán mã hóa khác nhau được đề xuất và cải tiến. Sự phát triển của các chuẩn nén quốc
tế đã thúc đẩy sự cải tiến của các ứng dụng mã hóa video. Các chuẩn nén video dự đoán bao
3
gồm MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.261, H.263, H.264 / MPEG-4 AVC và tiêu chuẩn mã
hóa video hiệu suất cao HEVC.
1.2.3 Phương pháp m hóa video phân tán
Mã hóa video phân tán có thể được phát triển theo một trong hai cách tiếp cận chính.
Cách tiếp cận đầu tiên, đề xuất bởi nhóm nghiên cứu ở trường Đại học Stanford, theo hướng
mã hóa toàn khung hình, cách tiếp cận thứ hai là theo phương pháp mã hóa khối.
1.2.4 Sơ đ tng quát ca m hóa video
1.3 Các chuẩn m hóa video ph biến
1.3.1 Chuẩn H.264/AVC
H.264/MPEG-4 Part 10 hay còn gọi là AVC (Mã hóa video cải tiến) được giới thiệu
lần đầu tiên vào năm 2003, đã nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn nén video phổ biến hiện
nay để ghi, nén và truyền phát hình ảnh, mang đến chất lượng hiển th cao với khả năng tiết
kiệm băng thông một nửa so với MPEG-2 trước đó. Chuẩn H.264 ra đời dưới sự hợp tác
phát triển của tổ chức ITU-T và ISO/IEC.
1.3.2 Chuẩn H.265/HEVC
Vào tháng 1 năm 2013, thông số kỹ thuật cho codec thế hệ tiếp theo, H.265, còn được
gọi là Mã hóa video hiệu quả cao (HEVC), đã được hoàn thiện. Trong các thử nghiệm sử
dụng video Full HD, tốc độ bit có thể giảm 36% so với AVC ở cùng PSNR. Trong các thử
nghiệm trực quan, sự khác biệt đó lên tới 70%.
1.3.3 Chuẩn m hóa VP9
Sự phát triển của internet đã đặt ra các yêu cầu cho việc phân phối video. Khi nhu cầu
tăng lên, các giải pháp thay thế ngày càng hiệu quả hơn đã được yêu cầu. Với ý nghĩ đó,
Google đã bắt đầu dự án WebM vào năm 2010, một đnh dạng phương tiện mở được tạo cho
nội dung trực tuyến dựa trên VP8 cho video và Vorbis cho âm thanh.
1.4 Kết lun chương 1
Chương này của đề án đã trình bày các cơ sở lý thuyết về nén video, nguyên lý mã hóa
video nói chung, sơ đồ và chức năng các khối trong chuẩn mã hóa video và một số tiêu chuẩn
mã hóa video phổ biến hiện nay như H.264, H.265, VP9. Ngoài ra dựa trên các kỹ thuật mới
được giới thiệu trong các chuẩn mã hóa có thể thấy được sự tiến hóa, nâng cấp các chuẩn mã
hóa sau này đáp ứng như cầu ngày càng khắt khe của công nghệ mã hóa video hiện nay.