Công nghệ Multimedia- Chương 1: Nền tảng kĩ thuật nén- vuson.tk

Chia sẻ: Vu Son | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:171

Thêm vào BST

Báo xấu

122
lượt xem 35
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trongtruyềnhìnhvàcácthiếtbịđiệntửdândụng: DVB-T/DVB-C/DVB-S (Digital Video Broadcastsing-Terrestrial/Cable/Satellite _ Truyềnhìnhsốmặtđất/cáp/vệtinh) - biểudiễnMPEG-2 chấtlượngcaohơnhẳntruyềnhìnhtươngtựtruyềnthống. Truyềnhìnhtươngtác- Cácứngdụnginternet trêntruyềnhình(Mail,Web, E-commerce_thươngmạiđiệntử) - khôngcầnđợiPC đểkhởiđộng, tắtmáy. CácđầuđọcCD/VCD/DVD/Mp3

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Công nghệ Multimedia- Chương 1: Nền tảng kĩ thuật nén- vuson.tk

Công nghệ Multimedia Khái quát Giới thiệu Chương 1: Nền tảng kĩ thuật nén Chương 2: Các kĩ thuật multimedia Jpeg Mpeg-1/Mpeg-2 Audio&Video Mpeg-4 Mpeg-7 (Giới thiệu vắn tắt) HDTV (Giới thiệu vắn tắt) H261/H263 (Giới thiệu vắn tắt) Model-Based coding (Giới thiệu vắn tắt) Chương 3: Mạng multimedia 9/14/2006 1 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Multimedia Technology Overview Introduction Chapter 1: Background of compression techniques Chapter 2: Multimedia technologies JPEG MPEG-1/MPEG-2 Audio & Video MPEG-4 MPEG-7 (brief introduction) HDTV (brief introduction) H261/H263 (brief introduction) Model base coding (MBC) (brief introduction) Chapter 3: Multimedia Network 9/14/2006 2 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Giới thiệu Tầm quan trọng của các kĩ thuật Multimedia: -> Multimedia có ở khắp nơi Trong PC: Real player, Quicktime, Media Âm nhạc, hình ảnh miễn phí trên internet (mp2, mp3, mp4, asf, ra, ram, mid, DIVX, v..v...) Hội thảo trực tuyến âm thanh, hình ảnh Dịch vụ quảng cáo trên web, truyền số liệu Giáo dục từ xa. Y học từ xa ........ Trong truyền hình và các thiết bị điện tử dân dụng: DVB-T/DVB-C/DVB-S (Digital Video Broadcastsing-Terrestrial/Cable/Satellite _ Truyền hình số mặt đất/cáp/vệ tinh) -> biểu diễn MPEG-2 chất lượng cao hơn hẳn truyền hình tương tự truyền thống. Truyền hình tương tác -> Các ứng dụng internet trên truyền hình (Mail,Web, E- commerce_thương mại điện tử) -> không cần đợi PC để khởi động, tắt máy. Các đầu đọc CD/VCD/DVD/Mp3 Đồng thời xuất hiện trên các thiết bị cầm tay ( ĐTDĐ thế hệ 3G, PDA không dây) 9/14/2006 3 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Introduction The importance of Multimedia technologies: Multimedia everywhere !! On PCs: Real Player, QuickTime, Windows Media. Music and Video are free on the INTERNET (mp2, mp3, mp4, asf, mpeg, mov, ra, ram, mid, DIVX, etc) Video/Audio Conferences. Webcast/ Streaming Applications Distance Learning (or Tele-Education) Tele-Medicine Tele-xxx (Let’s imagine !!) On TVs and other home electronic devices: DVB-T/DVB-C/DVB-S (Digital Video Broadcasting – Terrestrial/Cable/Satellite) shows MPEG-2 superior quality over traditional analog TV !! Interactive TV Internet applications (Mail, Web, E-commerce) on a TV !! No need to wait for a PC to startup and shutdown !! CD/VCD/DVD/Mp3 players Also appearing in Handheld devices (3G Mobile phones, wireless PDA) !! 9/14/2006 4 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Giới thiệu (2) Mạng Multimedia Internet được thiết kế vào những năm 60 cho các mạng tốc độ thấp với những ứng dụng văn bản nhàm chán. -> Độ trễ cao, jitter cao. -> Những ứng dụng multimedia yêu cầu có sự biến đổi mạnh mẽ của cơ sở hạ tầng internet. Nhiều cơ cấu tổ chức được nghiên cứu và triển khai để hỗ trợ cho thế hệ multimedia internet tiếp theo. (VD: intServ, DiffServ) Trong tương lai, tất cả mọi tivi (và PC) sẽ kết nối internet và bắt sóng miễn phí với hàng triệu trạm phát sóng trên toàn thế giới. Hiện tại, mạng multimedia chạy trên ATM (đã cổ), IPv4, và tương lai là IPv6 -> nên sẽ bảo đảm được chất lượng dịch vụ QoS (Quality of Service) 9/14/2006 5 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Introduction (2) Multimedia network The Internet was designed in the 60s for low-speed inter- networks with boring textual applications High delay, high jitter. Multimedia applications require drastic modifications of the INTERNET infrastructure. Many frameworks have been being investigated and deployed to support the next generation multimedia Internet. (e.g. IntServ, DiffServ) In the future, all TVs (and PCs) will be connected to the Internet and freely tuned to any of millions broadcast stations all over the World. At present, multimedia networks run over ATM (almost obsolete), IPv4, and in the future IPv6 should guarantee QoS (Quality of Service) !! 9/14/2006 6 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Chương 1: Nền tảng kĩ thuật nén Tại sao phải nén ? Trong truyền thông: Để thu hẹp dải thông trong các ứng dụng mạng multimedia như streaming, video theo yêu cầu VOD (video on demand), internet phone. Các vật chứa kĩ thuật số (VCD, DVD, băng v..v..) -> giảm kích cỡ, giảm giá cả, tăng dung lượng và chất lượng cất giữ âm thanh, hình ảnh. Hệ số nén hay tỉ lệ nén Tỉ lệ giữa dữ liệu nguồn và dữ liệu nén (VD: 10:1) 2 loại nén: Nén không tổn hao Nén tổn hao 9/14/2006 7 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Chapter 1: Background of compression techniques Why compression ? For communication: reduce bandwidth in multimedia network applications such as Streaming media, Video-on- Demand (VOD), Internet Phone Digital storage (VCD, DVD, tape, etc) Reduce size & cost, increase media capacity & quality. Compression factor or compression ratio Ratio between the source data and the compressed data. (e.g. 10:1) 2 types of compression: Lossless compression Lossy compression 9/14/2006 8 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
2.1. Nội dung thông tin và dư thừa Nội dung thông tin: Entropy là đại lượng đo của nội dung thông tin. Entropy quy định giới hạn dưới của tốc độ bit hay dòng dữ liệu. -> Biểu diễn bởi bits/đơn vị nguồn đầu ra (như bits/pixel) Tín hiệu càng nhiều thông tin thì entropy càng cao Nén tổn hao thì làm giảm entropy còn nén không tổn hao thì không Dư thừa thông tin: Là sự khác nhau giữa tốc độ thông tin và tốc độ bit Thường thường tốc độ thông tin thấp hơn tốc độ bit rất nhiều Nén là để loại bỏ sự dư thừa 9/14/2006 9 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Information content and redundancy Information rate Entropy is the measure of information content. Expressed in bits/source output unit (such as bits/pixel). The more information in the signal, the higher the entropy. Lossy compression reduce entropy while lossless compression does not. Redundancy The difference between the information rate and bit rate. Usually the information rate is much less than the bit rate. Compression is to eliminate the redundancy. 9/14/2006 10 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
2.2. Entropy (Bổ sung 1) For a discrete source X with a finite alphabet of N symbols (x0, . . ., xN.1) and a probability mass function of p(x), the entropy of the source in bits/symbol is given by and measures the average number of bits/symbol required to describe the source. Such a discrete source is encountered in image compression, in which the acquired digital image pixels can take on only a finite number of values as determined by the number of bits used to represent each pixel. It is easy to show (using the method of Lagrange multipliers) that the uniform distribution achieves maximum entropy, given by H(X) = log2 N. A uniformly distributed source can be considered to have maximum randomness when compared with sources having other distributions Combining this with the intuitive English text example mentioned previously, it is apparent that entropy provides a measure of the compressibility of a source. High entropy indicates more randomness; hence the source requires more bits on average to describe a symbol. 9/14/2006 11 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Entropy (bổ sung 2) Calculating Entropy—An Example An example illustrates the computation of entropy the difficulty in determining the entropy of a fixed-length signal. Consider the four-point signal [3/4 1/4 0 0]. There are three distinct values (or symbols) in this signal, with probabilities 1/4, 1/4, and 1/2 for the symbols 3/4, 1/4, and 0, respectively. The entropy of the signal is then computed as This indicates that a variable length code requires 1.5 bits/symbol on average to represent this source. In fact, a variable-length code that achieves this entropy is [10 11 0] for the symbols [3/4 1/4 0]. 9/14/2006 12 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
2.3. Nén không tổn hao Dữ liệu giải mã giống hệt dữ liệu nguồn VD: Các file đầu ra của các chương trình tiện ích như pkzip hay Gzip Hệ số nén khoảng 2:1 – 5:1 (tùy theo độ dư thừa thông tin) Không thể bảo đảm 1 tỉ lệ truyền cố định -> vì tốc độ dữ liệu đầu ra biến đổi -> nảy sinh các vấn đề cho cơ cấu ghi và truyền thông. 9/14/2006 13 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Lossless Compression The data from the decoder is identical to the source data. Example: archives resulting from utilities such as pkzip or Gzip Compression factor is around 2:1. Can not guarantee a fix compression ratio The output data rate is variable problems for recoding mechanisms or communication channel. 9/14/2006 14 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
2.4. Nén tổn hao: Dữ liệu giải nén khác dữ liệu nguồn nhưng sự khác biệt không thể phân biệt được rõ ràng bằng tai hoặc mắt thường. Phù hợp với âm thanh, hình ảnh nén. Hệ số nén cao hơn so với nén không tổn hao (lên tới 100:1) Dựa trên những kiến thức về sự nhận thức về thị giác và thính giác Có thểấn định 1 hệ số nén cố định 9/14/2006 15 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Lossy Compression The data from the expander is not identical to the source data but the difference can not be distinguished auditorily or visually. Suitable for audio and video compression. Compression factor is much higher than that of lossless. (up to 100:1) Based on the understanding of psychoacoustic and psychovisual perception. Can be forced to operate at a fixed compression factor. 9/14/2006 16 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
2.5. Quá trình nén: Truyền thông (giảm chi phí kết nối dữ liệu) Dữ liệu -> Bộ nén (mã hoá) -> kênh truyền dẫn -> bộ giãn (giải mã) -> dữ liệu Cơ cấu ghi (tăng thời gian phát lại: tỉ lệ với hệ số nén) Dữ liệu -> nén (mã hoá) -> thiết bị chứa (băng, đĩa, Ram ...) -> bộ giãn (giải mã) -> Dữ liệu 9/14/2006 17 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Process of Compression Communication (reduce the cost of the data link) Data→Compressor (coder)→transmission channel Expander (decoder) →Data' → Recording (extend playing time: in proportion to compression factor Data →Compressor (coder) → Storage device (tape, disk, RAM, etc.) →Expander (decoder) → Data‘ 9/14/2006 18 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
2.6. Lấy mẫu và lượng tử hoá: Tại sao lấy mẫu? Máy tính không thể xử lí trực tiếp tín hiệu tương tự PCM (Pulse code modulation) - Điều xung mã: Lấy mẫu tín hiệu tương tựở tốc độ không đổi và sử dụng một số bit không đổi (thường là 8 hay 16) để biểu diễn các mẫu. Tốc độ bit = tốc độ lấy mẫu * số bit/mẫu Lượng tử hoá: Ánh xạ các tín hiệu tương tự đã lấy mấu (có độ chính xác vô hạn) sang các mức rời rạc (độ chính xác hữu hạn) Biểu diễn mỗi mức rời rạc bằng 1 số. 9/14/2006 19 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology
Sampling and quantization Why sampling? Computer can not process analog signal directly. PCM Sample the analog signal at a constant rate and use a fixed number of bits (usually 8 or 16) to represent the samples. bit rate = sampling rate * number of bits per sample Quantization Map the sampled analog signal (generally, infinite precision) to discrete level (finite precision). Represent each discrete level with a number. 9/14/2006 20 Nguyen Chan Hung – Hanoi University of Technology