Dân mê nghe nhìn thời đại số bây giờ hễ nghe tới “em-pếch” (MPEG) là biết có chuyện “sướng mắt, đã tai” rồi.
- Logo của tổ chức MPEG.
MPEG hay gọn hơn là MPG có xuất xứ từ Moving Picture Experts Group (Nhóm các chuyên gia điện ảnh). Tổ chức ra đời hồi năm 1988 này chuyện phát triển các tiêu chuẩn về cái vụ nén phim số (digital video) và âm thanh số (digital audio). Nó hoạt động dưới sự “đỡ đầu” của Tổ chức Quốc tế về Tiêu chuẩn hóa (ISO).
Các tiêu chuẩn mà MPEG đưa ra khá đa dạng. Tuy cũng đều là nén cả, nhưng mỗi món được thiết kế khác nhau tùy theo mục đích sử dụng. Nói chung là MPEG cung cấp video có chất lượng cao hơn các định dạng video số thông dụng trước đó như Video for Windows của Microsoft, Indeo, QuickTime,... Các file MPEG có tính tương thích cao, có thể giải mã bằng phần cứng hay phần mềm
Hiện nay, thông dụng nhất trên thế giới là 3 chuẩn MPEG 1, 2 và mới nhất là 4.
* MPEG-1:
Đây là chuẩn của VideoCD và đĩa CD-I (Compact Disc – interactive, đĩa CD tương tác). Nó được thiết kế để mã hóa video với tốc độ khoảng 1,5 triệu bit/giây. Với tốc độ truyền tải đồng bộ video và audio 150KB/s, nó tương đương với tốc độ của ổ CD-ROM 1x. MPEG-1 cho video có độ phân giải 353x240 pixels với tốc độ 30 khuôn hình một giây (fps). Tuy nhiên, chất lượng của nó hơi kém hơn so với băng video VCR và kém xa chất lượng tivi chuẩn.
Ở đây xin được tạt ngang một lát để lưu ý bạn MP3 có dây mơ rễ mà với MPEG-1 nhưng không phải là chuẩn video MPEG-3 đâu à nghen. MP3 là tên tắt từ “MPEG-1 audio layer-3” (lớp âm thanh thứ ba của MPEG-1).
* MPEG-2:
Chuẩn này đứt khoát là xịn hơn MPEG-1 rồi. Nó chia thành hai cấp: cao nhất là DVD Video và thấp hơn một chút là SuperVCD (SVCD). Nó mã hóa video với tốc độ dày ken (interlaced video) bắt chóng mặt hơn 4 triệu bit/giây. MPEG-2 cũng được dùng trong truyền hình kỹ thuật số.
MPEG-2 cho video có độ phân giải 720x480 và 1280x720 pixel với tốc độ 60fps và âm thanh đạt chất lượng AudioCD. Chuẩn này có thể nén một bộ phim dài 2 giời thành một file có dung lượng vài GB.
Máy chơi MPEG-2 có thể chơi cả chuẩn MPEG-1.
Xin nói thêm cho “rộng đường dư luận”. Gọi là MPEG-1 và MPEG-2 là để định nghĩa các kỹ thuật nén phim số với các tỷ lệ thay đổi từ 25:1 tới 50:1.
* MPEG-3
Chuẩn này ban đầu được tính dành cho truyền hình độ phân giải cao (HDTV). Nhưng cuối cùng nó lại được sáp nhập với chuẩn MPEG-2 khi các chuyên gia xác định rằng chuẩn MPEG-2 đủ sức đáp ứng được cac1 yêu cầu của HDTV.
Chuẩn MPEG-3 chết từ trong trứng nước. Nhờ vậy, giờ đây dân mê “multimedia” đỡ phải lúng túng giữa chuẩn video nén MPEG-3 và chuẩn âm thanh nén MP3.
* MPEG-4:
Đây là chuẩn nén video giàu tham vọng nhất. Các chuyên gia muốn huy động các yếu tố như sự tổng hợp thoại và hình, hình học bất quy tắc, trực quan máy tính và trí thông minh nhân tạo (AI) để tái tạo lại các hình ảnh.
MPEG-4 tạo ra một bước ngoặc mới cho truyền thông video. Trước nay, trên mạng Internet, người ta chỉ có thể xem phim với các định dạng rút gọn tới mức não lòng (xem bằng Real, Quick Time, Windows Media Player,...). Với kỹ thuật nén MPEG-4, người ta có thể thưởng thức các bộ phim điện ảnh chất lượng cao trên mạng Internet, đặc biệt là qua các giao thức băng rộng Wireless, vệ tinh, ADSL,...
MPEG-4 là chuẩn thuật toán đồ họa và video dựa trên hai chuẩn MPEG-1, MPEG-2 và công nghệ QuickTime của Apple. Nhờ có kích thước nhỏ hơn và tốc độ truyền tải thấp hơn, MPEG-4 có thể truyền qua một băng thông hẹp hơn, có thể trộn video với text, đồ họa, các lớp 2D và 3D động,... Nó đã được tổ chức ISO công nhận vào tháng 10-1998.
MPEG-4 được coi là một cuộc cách mạng mới trong media số. Nó là chuẩn multimedia toàn cầu thế hệ kế tiếp. Nó được thiết kế để truyền tải video với chất lượng DVD (MPEG-2) qua mạng.
+ MPEG-7 chứa đặc tả thông tin, giao diện cho việc tìm kiếm thông tin.
MPEG-1 và MPEG-2 đã được chuẩn hoá trong khi MPEG-4 và MPEG-7 đang được phát triển
Chuẩn MPEG định nghĩa cụ thể 3 kiểu khung hình: khung hình độc lập, khung hình dự đoán và khung hình hai hướng.
Khung hình độc lập (Intra Picture):I-picture là khung hình được mã hoá một cách độc lập mà không cần tham khảo tới các khung hình khác. Hiệu quả nén tín hiệu đạt được do loại bỏ sự thừa về không gian mà không có yếu tố thời gian tham gia vào quá trình. I-pictures được dùng một cách tuần hoàn để tạo thành các điểm tựa cho dòng dữ liệu trong quá trình giải mã. I-picture cung cấp khả năng truy xuất ngẫu nhiên các điểm trong dữ liệu Video nén và cung cấp độ nén vừa phải. I-picture được dùng với 2 bit mỗi pixel.
-Khung hình dự đoán (Predicted Picture):P-picture có thể sử dụng các I-picture hay P-picture ngay trước nó để bù chuyển động. Công nghệ này gọi là dự đoán tiếp (Forward Prediction). Mỗi Macroblock trong P-picture có thể hoặc được mã theo kiểu tiên đoán (Predicted) hoặc được mã một cách độc lập (Intra-coded).
Như I-picture, P-picture được dùng như một tham chiếu cho việc dự đoán B-picture và P-picture kế tiếp. P-picture dùng để bù chuyển động và cung cấp nhiều khả năng nén hơn I-picture do sử dụng cả nén theo không gian và thời gian. Không như I-picture, P-picture có thể sinh ra các lỗi do P-picture được dự đoán từ I-picture hoặc P-picture trước nó.
-Khung hình hai hướng (Bidirectional Picture): B-picture là các khung hình sử dụng cả các khung hình trong quá khứ và tương lai để tham khảo. Công nghệ này được gọi là dự đoán hai hướng. B-picture cung cấp khả năng nén lớn hơn và không sinh ra lỗi do nó không được dùng cho việc tham chiếu. Dự đoán hai hướng cũng làm giảm ảnh hưởng của tạp âm trung bình giữa hai khung hình.
MPEG-2 được mở rộng dựa trên chuẩn MPEG để hỗ trợ việc nén dữ liệu để truyền Video số chất lượng cao. Để hiểu được tại sao nén Video là rất quan trọng, ta cần tìm hiểu băng thông (Bandwidth) cần thiết để truyền các khung hình Video số không nén
PAL (Phase Alternate Line) là chuẩn để truyền tín hiệu TV tuần tự (Analog) được sử dụng ở khá nhiều nước trên thế giới. Khung hình TV dùng PAL không nén đòi hỏi băng thông rất lớn tới 216 Mbps, lớn hơn rất nhiều khả năng của truyền sóng radio. Một số nước dùng hệ thống Analog TV là NTSC. Hệ thống này cung cấp các thông tin về màu sắc kém trung thực hơn với tỉ lệ truyền các khung khác nhau. Tín hiệu NTSC không nén đòi hỏi dung lượng đường truyền thấp hơn không đáng kể ở mức 168 Mbps. TV độ phân giải cao HDTV (High Definition TV) yêu cầu băng thông tối thiểu là 1 Gbps.
MPEG-2 cung cấp cách nén các tín hiệu Video số thành các mức có thể quản lý được.
Do chuẩn MPEG-2 cung cấp khả năng nén rất cao bằng cách dùng các thuật toán tiêu chuẩn, nó trở thành chuẩn cho TV số với các đặc tính:
+Nén Video tương thích với MKEG-1.
+Chế độ Full-screen kết hợp với cải tiến chất lượng Video (cho TV và màn hình PC).
+Cải tiến mã hoá Audio (chất lượng cao, mono, stereo...).
+Truyền phối hợp nhiều thành phần.
+Các dịch vụ khác.
Các hệ thống sử dụng MPEG-2 đang rất phát triển như: TV số, VoD, Digital Versatile Disc (DVD)..
- Logo của tổ chức MPEG.
MPEG hay gọn hơn là MPG có xuất xứ từ Moving Picture Experts Group (Nhóm các chuyên gia điện ảnh). Tổ chức ra đời hồi năm 1988 này chuyện phát triển các tiêu chuẩn về cái vụ nén phim số (digital video) và âm thanh số (digital audio). Nó hoạt động dưới sự “đỡ đầu” của Tổ chức Quốc tế về Tiêu chuẩn hóa (ISO).
Các tiêu chuẩn mà MPEG đưa ra khá đa dạng. Tuy cũng đều là nén cả, nhưng mỗi món được thiết kế khác nhau tùy theo mục đích sử dụng. Nói chung là MPEG cung cấp video có chất lượng cao hơn các định dạng video số thông dụng trước đó như Video for Windows của Microsoft, Indeo, QuickTime,... Các file MPEG có tính tương thích cao, có thể giải mã bằng phần cứng hay phần mềm
Hiện nay, thông dụng nhất trên thế giới là 3 chuẩn MPEG 1, 2 và mới nhất là 4.
* MPEG-1:
Đây là chuẩn của VideoCD và đĩa CD-I (Compact Disc – interactive, đĩa CD tương tác). Nó được thiết kế để mã hóa video với tốc độ khoảng 1,5 triệu bit/giây. Với tốc độ truyền tải đồng bộ video và audio 150KB/s, nó tương đương với tốc độ của ổ CD-ROM 1x. MPEG-1 cho video có độ phân giải 353x240 pixels với tốc độ 30 khuôn hình một giây (fps). Tuy nhiên, chất lượng của nó hơi kém hơn so với băng video VCR và kém xa chất lượng tivi chuẩn.
Ở đây xin được tạt ngang một lát để lưu ý bạn MP3 có dây mơ rễ mà với MPEG-1 nhưng không phải là chuẩn video MPEG-3 đâu à nghen. MP3 là tên tắt từ “MPEG-1 audio layer-3” (lớp âm thanh thứ ba của MPEG-1).
* MPEG-2:
Chuẩn này đứt khoát là xịn hơn MPEG-1 rồi. Nó chia thành hai cấp: cao nhất là DVD Video và thấp hơn một chút là SuperVCD (SVCD). Nó mã hóa video với tốc độ dày ken (interlaced video) bắt chóng mặt hơn 4 triệu bit/giây. MPEG-2 cũng được dùng trong truyền hình kỹ thuật số.
MPEG-2 cho video có độ phân giải 720x480 và 1280x720 pixel với tốc độ 60fps và âm thanh đạt chất lượng AudioCD. Chuẩn này có thể nén một bộ phim dài 2 giời thành một file có dung lượng vài GB.
Máy chơi MPEG-2 có thể chơi cả chuẩn MPEG-1.
Xin nói thêm cho “rộng đường dư luận”. Gọi là MPEG-1 và MPEG-2 là để định nghĩa các kỹ thuật nén phim số với các tỷ lệ thay đổi từ 25:1 tới 50:1.
* MPEG-3
Chuẩn này ban đầu được tính dành cho truyền hình độ phân giải cao (HDTV). Nhưng cuối cùng nó lại được sáp nhập với chuẩn MPEG-2 khi các chuyên gia xác định rằng chuẩn MPEG-2 đủ sức đáp ứng được cac1 yêu cầu của HDTV.
Chuẩn MPEG-3 chết từ trong trứng nước. Nhờ vậy, giờ đây dân mê “multimedia” đỡ phải lúng túng giữa chuẩn video nén MPEG-3 và chuẩn âm thanh nén MP3.
* MPEG-4:
Đây là chuẩn nén video giàu tham vọng nhất. Các chuyên gia muốn huy động các yếu tố như sự tổng hợp thoại và hình, hình học bất quy tắc, trực quan máy tính và trí thông minh nhân tạo (AI) để tái tạo lại các hình ảnh.
MPEG-4 tạo ra một bước ngoặc mới cho truyền thông video. Trước nay, trên mạng Internet, người ta chỉ có thể xem phim với các định dạng rút gọn tới mức não lòng (xem bằng Real, Quick Time, Windows Media Player,...). Với kỹ thuật nén MPEG-4, người ta có thể thưởng thức các bộ phim điện ảnh chất lượng cao trên mạng Internet, đặc biệt là qua các giao thức băng rộng Wireless, vệ tinh, ADSL,...
MPEG-4 là chuẩn thuật toán đồ họa và video dựa trên hai chuẩn MPEG-1, MPEG-2 và công nghệ QuickTime của Apple. Nhờ có kích thước nhỏ hơn và tốc độ truyền tải thấp hơn, MPEG-4 có thể truyền qua một băng thông hẹp hơn, có thể trộn video với text, đồ họa, các lớp 2D và 3D động,... Nó đã được tổ chức ISO công nhận vào tháng 10-1998.
MPEG-4 được coi là một cuộc cách mạng mới trong media số. Nó là chuẩn multimedia toàn cầu thế hệ kế tiếp. Nó được thiết kế để truyền tải video với chất lượng DVD (MPEG-2) qua mạng.
Tìm hiểu về chuẩn MPEG - HỆ THỐNG CCTV
Chuẩn MPEG (Moving Picture Experts Group) là chuẩn nén, giải nén và đồng bộ hoá các tín hiệu Video và Audio. Với tỉ lệ nén dữ liệu 1.2 Mbps, với độ phân giải 352x240 quét 30 Hz thông thường thì chất lượng Video có thể so sánh với chuẩn VHS.
Chất lượng hình ảnh có thể được cải thiện đáng kể bằng cách dùng tỉ lệ nén dữ liệu lớn hơn mà không cần thay đổi độ phân giải. MPEG không phải là một công cụ nén đơn lẻ mà ưu điểm của nén MPEG chính là ở chỗ nó có một tập hợp các công cụ mã hoá chuẩn, chúng có thể được kết hợp với nhau một cách linh động để phục vụ cho một loạt các ứng dụng khác nhau.
Các chuẩn Mpeg hiện có gồm:
+ MPEG-1là chuẩn lưu trữ và phục hồi ảnh động và Audio trong lưu trữ Media. MPEG-1 có thể nén tín hiệu video tới 1.5Mbit/s với chất lượng VHS và âm thanh lập thể (stereo audio) với tốc độ 192 bit/s. Nó được dùng để lưu trữ video và âm thanh trên CD-ROM.
+ MPEG-2 là chuẩn cho TV số.
+ MPEG-4 là chuẩn cho các ứng dụng MultiMedia. MPEG-4 trở thành một tiêu chuẩn cho nén ảnh kỹ thuật truyền hình số, các ứng dụng về đồ hoạ và Video tương tác hai chiều (Games, Video Conferencing), và các ứng dụng Multimedia tương tác hai chiều (World Wide Web hoặc các ứng dụng nhằm phân phát dữ liệu Video như truyền hình cáp, Internet Video...). MPEG-4 đã trở thành một tiêu chuẩn công nghệ trong quá trình sản xuất, phân phối và truy cập vào các hệ thống Video. Nó đã góp phần giải quyết vấn đề về dung lượng cho các thiết bị lưu trữ, giải quyết vấn đề về băng thông của đường truyền tín hiệu Video hoặc kết hợp cả hai vấn đề trên.
Chất lượng hình ảnh có thể được cải thiện đáng kể bằng cách dùng tỉ lệ nén dữ liệu lớn hơn mà không cần thay đổi độ phân giải. MPEG không phải là một công cụ nén đơn lẻ mà ưu điểm của nén MPEG chính là ở chỗ nó có một tập hợp các công cụ mã hoá chuẩn, chúng có thể được kết hợp với nhau một cách linh động để phục vụ cho một loạt các ứng dụng khác nhau.
Các chuẩn Mpeg hiện có gồm:
+ MPEG-1là chuẩn lưu trữ và phục hồi ảnh động và Audio trong lưu trữ Media. MPEG-1 có thể nén tín hiệu video tới 1.5Mbit/s với chất lượng VHS và âm thanh lập thể (stereo audio) với tốc độ 192 bit/s. Nó được dùng để lưu trữ video và âm thanh trên CD-ROM.
+ MPEG-2 là chuẩn cho TV số.
+ MPEG-4 là chuẩn cho các ứng dụng MultiMedia. MPEG-4 trở thành một tiêu chuẩn cho nén ảnh kỹ thuật truyền hình số, các ứng dụng về đồ hoạ và Video tương tác hai chiều (Games, Video Conferencing), và các ứng dụng Multimedia tương tác hai chiều (World Wide Web hoặc các ứng dụng nhằm phân phát dữ liệu Video như truyền hình cáp, Internet Video...). MPEG-4 đã trở thành một tiêu chuẩn công nghệ trong quá trình sản xuất, phân phối và truy cập vào các hệ thống Video. Nó đã góp phần giải quyết vấn đề về dung lượng cho các thiết bị lưu trữ, giải quyết vấn đề về băng thông của đường truyền tín hiệu Video hoặc kết hợp cả hai vấn đề trên.
+ MPEG-7 chứa đặc tả thông tin, giao diện cho việc tìm kiếm thông tin.
MPEG-1 và MPEG-2 đã được chuẩn hoá trong khi MPEG-4 và MPEG-7 đang được phát triển
Chuẩn MPEG định nghĩa cụ thể 3 kiểu khung hình: khung hình độc lập, khung hình dự đoán và khung hình hai hướng.
Khung hình độc lập (Intra Picture):I-picture là khung hình được mã hoá một cách độc lập mà không cần tham khảo tới các khung hình khác. Hiệu quả nén tín hiệu đạt được do loại bỏ sự thừa về không gian mà không có yếu tố thời gian tham gia vào quá trình. I-pictures được dùng một cách tuần hoàn để tạo thành các điểm tựa cho dòng dữ liệu trong quá trình giải mã. I-picture cung cấp khả năng truy xuất ngẫu nhiên các điểm trong dữ liệu Video nén và cung cấp độ nén vừa phải. I-picture được dùng với 2 bit mỗi pixel.
-Khung hình dự đoán (Predicted Picture):P-picture có thể sử dụng các I-picture hay P-picture ngay trước nó để bù chuyển động. Công nghệ này gọi là dự đoán tiếp (Forward Prediction). Mỗi Macroblock trong P-picture có thể hoặc được mã theo kiểu tiên đoán (Predicted) hoặc được mã một cách độc lập (Intra-coded).
Như I-picture, P-picture được dùng như một tham chiếu cho việc dự đoán B-picture và P-picture kế tiếp. P-picture dùng để bù chuyển động và cung cấp nhiều khả năng nén hơn I-picture do sử dụng cả nén theo không gian và thời gian. Không như I-picture, P-picture có thể sinh ra các lỗi do P-picture được dự đoán từ I-picture hoặc P-picture trước nó.
-Khung hình hai hướng (Bidirectional Picture): B-picture là các khung hình sử dụng cả các khung hình trong quá khứ và tương lai để tham khảo. Công nghệ này được gọi là dự đoán hai hướng. B-picture cung cấp khả năng nén lớn hơn và không sinh ra lỗi do nó không được dùng cho việc tham chiếu. Dự đoán hai hướng cũng làm giảm ảnh hưởng của tạp âm trung bình giữa hai khung hình.
MPEG-2 được mở rộng dựa trên chuẩn MPEG để hỗ trợ việc nén dữ liệu để truyền Video số chất lượng cao. Để hiểu được tại sao nén Video là rất quan trọng, ta cần tìm hiểu băng thông (Bandwidth) cần thiết để truyền các khung hình Video số không nén
PAL (Phase Alternate Line) là chuẩn để truyền tín hiệu TV tuần tự (Analog) được sử dụng ở khá nhiều nước trên thế giới. Khung hình TV dùng PAL không nén đòi hỏi băng thông rất lớn tới 216 Mbps, lớn hơn rất nhiều khả năng của truyền sóng radio. Một số nước dùng hệ thống Analog TV là NTSC. Hệ thống này cung cấp các thông tin về màu sắc kém trung thực hơn với tỉ lệ truyền các khung khác nhau. Tín hiệu NTSC không nén đòi hỏi dung lượng đường truyền thấp hơn không đáng kể ở mức 168 Mbps. TV độ phân giải cao HDTV (High Definition TV) yêu cầu băng thông tối thiểu là 1 Gbps.
MPEG-2 cung cấp cách nén các tín hiệu Video số thành các mức có thể quản lý được.
Do chuẩn MPEG-2 cung cấp khả năng nén rất cao bằng cách dùng các thuật toán tiêu chuẩn, nó trở thành chuẩn cho TV số với các đặc tính:
+Nén Video tương thích với MKEG-1.
+Chế độ Full-screen kết hợp với cải tiến chất lượng Video (cho TV và màn hình PC).
+Cải tiến mã hoá Audio (chất lượng cao, mono, stereo...).
+Truyền phối hợp nhiều thành phần.
+Các dịch vụ khác.
Các hệ thống sử dụng MPEG-2 đang rất phát triển như: TV số, VoD, Digital Versatile Disc (DVD)..
| Người ta nén video số bằng 5 kỹ thuật cơ bản: |
| 1. Dùng phương pháp chuyển đổi dựa trên tần số gọi là Discrete Cosine Transform (chuyển đổi cosin riêng rẽ DCT). 2. Sự lượng tử hóa (Quantization), một kỹ thuật làm mất đi những thông tin được chọn cẩn thận mà sự mất đi của chúng có thể chấp nhận được khi người ta xem phim. Nó còn được gọi là thuật nén suy giảm (lossy compression). 3. Mã hóa Huffman, một công nghệ nén không làm suy giảm thông tin (lossless compression), dùng các bảng mã hóa dựa trên sự thống kê về dữ liệu được mã hóa. 4. Mã hóa dự đoán bù chuyển động (Motion compensated predictive coding). Nó tính toán các sự khác biệt xảy ra khi có sự thay đổi giữa một hình ảnh hiển thị và hình ảnh có từ trước của nó, để chỉ mã hóa các sự thay đổi đó. 5. Dự đoán hai chiều (Bi-directional prediction). Một số hình ảnh được dự đoán từ những hình ảnh vừa hiện ra và hình ảnh tiếp theo. Ba kỹ thuật nén đầu tiên cũng được dùng để nén ảnh JPEG. |
Đăng nhận xét