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-1 là 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, Videoconferencing) 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.
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-1 là 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, Videoconferencing) 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 Mpeg-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)...