Cách nén video trong hệ thống hội nghị truyền hình ứng dụng trong việc họp giao ban trực tuyến, tập huấn, đào tạo cán bộ trong ngành giáo dục tỉnh Quảng Ninh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VŨ NAM DƢƠNG

CÁCH NÉN VIDEO TRONG HỆ THỐNG

HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH ỨNG DỤNG TRONG VIỆC

HỌP GIAO BAN TRỰC TUYẾN, TẬP HUẤN, ĐÀO TẠO

CÁN BỘ TRONG NGÀNH GIÁO DỤC TỈNH QUẢNG NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

THÁI NGUYÊN - 2020

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VŨ NAM DƢƠNG

CÁCH NÉN VIDEO TRONG HỆ THỐNG

HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH ỨNG DỤNG TRONG VIỆC

HỌP GIAO BAN TRỰC TUYẾN, TẬP HUẤN, ĐÀO TẠO

CÁN BỘ TRONG NGÀNH GIÁO DỤC TỈNH QUẢNG NINH

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 8480101

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS. Đỗ Năng Toàn

THÁI NGUYÊN - 2020

i

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Vũ Nam Dƣơng.

Sinh ngày: 30/12/1986.

Học viên lớp cao học CK17B - Trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và

Truyền thông - Đại học Thái Nguyên.

Hiện đang công tác tại: Trƣờng THPT Vũ Văn Hiếu, thành phố Hạ Long,

tỉnh Quảng Ninh.

Xin cam đoan: Đề tài “Cách nén video trong hệ thống hội nghị truyền

hình (HNTH) - Ứng dụng trong việc họp giao ban trực tuyến, tập huấn, đào tạo

cán bộ trong ngành giáo dục tỉnh Quảng Ninh” do PGS TS. Đỗ Năng Toàn

hƣớng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả tài liệu tham khảo

đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.

Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội

dung trong đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu sai tôi hoàn

toàn chịu trách nhiệm trƣớc hội đồng khoa học và trƣớc pháp luật.

Thái Nguyên, ngày 16 tháng 9 năm 2020

Tác giả luận văn

Vũ Nam Dƣơng

ii

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, đƣợc sự động viên,

giúp đỡ và hƣớng dẫn tận tình của Thầy giáo hƣớng dẫn PGS TS. Đỗ Năng Toàn,

luận văn với Đề tài “Cách nén video trong hệ thống hội nghị truyền hình - Ứng

dụng trong việc họp giao ban trực tuyến, tập huấn, đào tạo cán bộ trong ngành

giáo dục tỉnh Quảng Ninh”.

Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hƣớng PGS TS. Đỗ Năng

Toàn đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.

Phòng đào tạo Sau đại học Trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và

Truyền thông đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng nhƣ thực hiện

luận văn.

Sở Giáo dục và Đào tạo tỉnh Quảng Ninh, trƣờng THPT Vũ Văn Hiếu

nơi tôi công tác đã tạo điều kiện tối đa cho tôi thực hiện khóa học này.

Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên,

khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện và

hoàn thành luận văn này.

Thái Nguyên, ngày 16 tháng 9 năm 2020

Tác giả luận văn

Vũ Nam Dƣơng

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................ii

DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT................................................ v

LỜI MỞ ĐẦU................................................................................................... 1

CHƢƠNG I. KHÁI QUÁT VỀ HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH VÀ BÀI

TOÁN NÉN VIDEO........................................................................................ 3

1.1 Khái quát về hội nghị truyền hình............................................................ 3

1.1.1 Giới thiệu............................................................................................ 3

1.1.2. Các thành phần của một hệ thống Hội nghị truyền hình.................. 5

1.2 Bài toán nén video.................................................................................... 6

1.2.1 Nén video trong hệ thống hội nghị truyền hình.................................. 6

1.2.2 Một số cách tiếp cận nén video trong Hội nghị truyền hình.............. 8

CHƢƠNG II. KỸ THUẬT NÉN VÀ GIẢI NÉN MPEG-4 H.264/AVC.. 21

2.1 Nguyên lý hoạt động cơ bản................................................................... 21

2.1.1 Tổng quan về chuẩn nén................................................................... 21

2.1.2 Sơ đồ mã hóa .................................................................................... 36

2.1.3 Sơ đồ giải mã.................................................................................... 37

2.2 Khối nén thời gian.................................................................................. 38

2.2.1 Dự đoán một chiều (mã hóa ảnh Prediction)................................... 38

2.2.2 Dự đoán hai chiều( mã hóa ảnh Bidiriectional Prediction)............ 39

2.2.3 Sơ đồ nguyên lý nén ảnh B. .............................................................. 40

2.2.4 Bù chuyển động trong các slice B.................................................... 40

2.2.5 Dự đoán liên ảnh (Inter-Frame) ...................................................... 43

2.2.6 Mã hóa ảnh SP (switching P) và SI (switching I)............................ 46

2.3 Khối nén không gian .............................................................................. 47

2.3.1 Chia ảnh thành các MacroBlock...................................................... 48

2.3.2 Dự đoán trong ảnh (Intra-frame)..................................................... 49

iv

2.3.3 INTRA LUMA 4 x 4 .......................................................................... 50

2.3.4 INTRA LUMA 16 x 16 ...................................................................... 54

2.3.5 INTRA CHROMA 8x8 ...................................................................... 56

2.3.6 INTRA-PCM ..................................................................................... 56

2.3.7 Dự đoán trọng số .............................................................................. 57

CHƢƠNG III. CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM.................................. 59

3.1 Phân tích yêu cầu.................................................................................... 59

3.1.1 Nén – giải nén của H.264/AVC........................................................ 59

3.1.2 Lưu đồ giải thuật .............................................................................. 63

3.2 Chƣơng trình mô phỏng nén-giải nén của H.264/AVC bằng Matlab.... 64

3.3 Một số kết quả ........................................................................................ 66

PHẦN KẾT LUẬN........................................................................................ 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 70

PHỤ LỤC....................................................................................................... 71

v

DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT

DCT Biến đổi Cosine rời rạc (Discrete Cosine Transform)

DPCM Điều xung mã vi sai (Differential Pulse Code

Modulation)

DWT Biến đổi Wavelet rời rạc (Discrete Wavelet

Transform)

FLC Mã hóa có chiều dài cố định (Fixed-Length Code)

GMC Bù chuyển động toàn phần (Global Motion

Compensation)

ICT Biến đổi nguyên Cosine rời rạc (Integer Discrete

Cosine Transform)

IDCT Biến đổi ngược Cosine rời rạc (Inverse Discrete

Cosine Transform)

IP Giao thức Internet ( Internet Protocol)

JPEG Chuẩn nén ảnh của ủy ban JPEG quốc tế (Joint

Photographic Experts Group)

JPEG2000 Chuẩn nén ảnh JPEG2000

LOSSLESS Kỹ thuật nén ảnh không tổn hao (không mất dữ liệu)

LOSSY Kỹ thuật nén ảnh có tổn hao (có mất dữ liệu)

MB Đa khối (Macroblock)

MC Bù chuyển động (Motion Compensation)

ME Ước lượng chuyển động(Motion Estimate)

MSE Sai số bình phương trung bình (Mean Square Error)

MPEG Nhóm chuyên gia nén ảnh động (Moving Pictures

Experts Group)

NAL Lớp trừu tượng mạng (Network Abstraction Layer)

NNS Tìm ở khối gần nhất (Nearest Neighbors Search)

vi

PCM Điều xung mã (Pulse Code Modulation)

PSNR Tỷ số tín hiệu đỉnh trên nhiễu (Peak Signal to Noise

Ratio)

QP Thông số lượng tử (Quantization Parameter)

RGB Ba màu c ơ bản màu đỏ/Xanh/Lam

(Red/Green/Blue)

RLC Mã hoá dọc chiều dài (Run Length Coding)

VCL Lớp mã hóa Video (Video Coding Layer)

VLC Mã có chiều dài thay đổi (Variable Length Code)

VO Đối tượng Video (Video Object)

ISO Tổ chức quốc tế về tiêu chuẩn chất l ư ợng

(International Organization for Standardization)

IEC Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (International

Electro-technical Commission)