Tài liệu Xây dựng ứng dụng truyền video trên thiết bị cầm tay (PDA) qua môi trường mạng không dây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ HÙNG DŨNG XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRUYỀN VIDEO TRÊN THIẾT BỊ CẦM TAY (PDA) QUA MÔI TRƯỜNG MẠNG KHÔNG DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội- 2006 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ HÙNG DŨNG XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRUYỀN VIDEO TRÊN THIẾT BỊ CẦM TAY (PDA) QUA MÔI TRƯỜNG MẠNG KHÔNG DAY Luận Văn TS:Công nghệ TT Mã số: 0.01.10 Người Hướng Dẫn : Hà Nội- 2006 1 MỤC LỤC THUẬT NGỮ .............................................................................................................3 DANH SÁCH BẢNG BIỂU .......................................................................................5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .....................................................................6 MỞ ĐẦU .....................................................................................................................8 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NÉN VIDEO........................................................10 1.1 Giới thiệu về nén Video .................................................................................. 10 1.1.1 Giới thiệu ................................................................................................. 10 1.1.2 Tại sao lại phải nén Video ....................................................................... 13 1.1.3 Nén Video ................................................................................................ 14 1.2 Các chuẩn nén Video hiện đại ........................................................................ 15 1.2.1 MPEG 1 ................................................................................................... 15 1.2.2 MPEG 2 ................................................................................................... 19 1.2.3 MPEG 4 ................................................................................................... 24 1.2.4 H.261 ....................................................................................................... 34 1.2.5 H.263 ....................................................................................................... 36 1.2.6 H.264 ....................................................................................................... 45 CHƢƠNG 2: STREAMING VIDEO .......................................................................50 2.1 Tổng quan về Streaming Media ...................................................................... 50 2.1.1 Lịch sử ..................................................................................................... 50 2.1.1 Băng thông và dung lƣợng lƣu trữ streaming.......................................... 51 2.2 Tổng quan về Streaming Video ...................................................................... 52 2.2.1 Streaming Video là gì? ............................................................................ 52 2.2.2 Tại sao phải sử dụng Streaming Video? .................................................. 53 2.2.3 Các phƣơng thức Streaming .................................................................... 54 2.2.4 Mô hình Streaming .................................................................................. 56 2.3 Các giao thức Streaming Video ...................................................................... 58 2.3.1 Giao thức truyền thời gian thực (RTP) .................................................... 58 2.3.1 Giao thức điều khiển truyền thời gian thực (RTCP) ............................... 60 2.4 Streaming Video trên mạng không dây .......................................................... 61 2 2.4.1 Video Streaming qua một kết nối không dây .......................................... 61 2.4.2 Nâng cao chất lƣợng Streaming Video qua kết nối không dây ............... 62 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG .................................65 3.1 Thiết bị hỗ trợ kỹ thuật số cá nhân - PDA ...................................................... 65 3.1.1 Tổng quan về PDA? ................................................................................ 65 3.1.2 Lịch sử phát triển ..................................................................................... 65 3.1.3 Đặc điểm của thiết bị PDA ...................................................................... 66 3.1.4 Hệ điều hành ............................................................................................ 67 3.2 Giao thức H.323 .............................................................................................. 68 3.2.1 Tổng quan về H.323 ................................................................................ 68 3.2.2 Các thành phần của H.323 ....................................................................... 69 3.2.3 Các giao thức đƣợc tham chiếu bởi H.323 .............................................. 75 3.2.4 Ƣu điểm của H.323.................................................................................. 75 3.3 Mạng không dây ............................................................................................. 76 3.3.1 Giới thiệu ................................................................................................. 76 3.3.2 Lịch sử phát triển ..................................................................................... 76 5.3.3 Lợi ích của mạng không dây ................................................................... 77 3.3.4 Nhƣợc điểm của mạng không dây ........................................................... 78 3.3.5 Kiến trúc của một mạng không dây........................................................ 79 3.3.6 Các kiểu mạng không dây ....................................................................... 81 3.3.7 Các chuẩn mạng không dây hiện đại ....................................................... 82 3.4 Xây dựng chƣơng trình thử nghiệm ................................................................ 83 3.4.1 Yêu cầu chung ......................................................................................... 83 3.4.2 Mô hình kiến trúc của chƣơng trình ........................................................ 83 3.4.2 Đánh giá kết quả ...................................................................................... 91 KẾT LUẬN ...............................................................................................................92 Những kết quả thu đƣợc........................................................................................ 92 Những hƣớng phát triển tiếp theo ......................................................................... 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................94 3 THUẬT NGỮ AP Điểm truy cập không dây API Application Programming Interface – giao diện lập trình ứng dụng hỗ trợ các hàm, các lớp viết sẵn của hệ thống. ATM Phƣơng thức truyền đồng bộ đƣợc sử dụng trong truyền thông AVI Một định dạng đa phƣơng tiện do Microsoft đƣa ra BSS Bộ dịch vụ cơ sở CD Đĩa quang ghi dữ liệu CIF Một định dạng hình ảnh màu – Common Intermediate Format CIF Định dạng ảnh - Common Intermediate Format CODEC Một thiết bị hay chƣơng trình mã hóa và giải mã dữ liệu số DCT Hàm chuyển cosin rời rạc DSL Là công nghệ phổ biến truyền dữ liệu số hóa qua mạng có dây DVD Đĩa Video quang chất lƣợng cao H.261 Một chuẩn nén Video H.263 Một chuẩn nén Video H.264 Một chuẩn nén Video HTTP Một giao thức truyền và nhận thông tin trên WWW IEEE Viện Công nghệ điện và điện tử IETF Tổ chức kỹ thuật Internet (Internet Engineering Task Force) IP Giao thức Internet; địa chỉ mạng ISDN Mạng dịch vụ tích hợp kỹ thuật số ISO Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ITU Hiệp hội Viễn thông quốc tế JPEG Một định dạng ảnh hay một chuẩn nén ảnh chụp phổ biến LAN Mạng cục bộ MCU Bộ đa điều khiển 4 MP3 Một định dạng âm thanh – Âm thanh MPEG-1 Lớp 3 MPEG Nhóm chuyên gia hình ảnh chuyển động, một ủy ban của ISO/IEC MPEG-1 Chuẩn mã hóa đa phƣơng tiện MPEG-2 Chuẩn mã hóa đa phƣơng tiện MPEG-4 Chuẩn mã hóa đa phƣơng tiện PDA Thiết bị hỗ trợ kỹ thuật cá nhân QCIF Định dạng ảnh – Quarter Common Intermediate Format QoS Chất lƣợng dịch vụ RTCP Giao thức điều khiển truyền thời gian thực RTP Giao thức truyền thời gian thực RTSP Giao thức Streaming thời gian thực STD Chuẩn TCP Giao thức điều khiển truyền dữ liệu UDP Giao thức gói dữ liệu ngƣời dùng VCD Đĩa quang Video VHS Hệ thống Video gia đình WLAN Mạng cục bộ không dây 5 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1: Các mô tả MPEG-2......................................................................................21 Bảng 2: Các chuẩn mạng không dây hiện đại ...........................................................82 6 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1-1: Khung hình Video (ví dụ về các vùng đồng nhất)....................................11 Hình 1-2: Khung hình Video (nền đã đƣợc lọc –filter) ............................................11 Hình 1-3: Khung hình Video 2..................................................................................12 Hình 1-4: Bộ mã hóa / Giải mã (CODEC) ................................................................14 Hình 1-5: Tƣơng quan không gian và thời gian trong một đoạn video ....................15 Hình 1-6: Nguyên mẫu ISO/ bộ giải mã IEC 11172 .................................................17 Hình 1-7: Mẫu cấu trúc hình ảnh theo thời gian. ......................................................18 Hình 1-8: Cấu trúc cơ bản của bộ mã hóa âm thanh. ................................................19 Hình 1-9: Mô hình của các hệ thống MPEG-2 .........................................................20 Hình 1-10: Cấu trúc của một khối dữ liệu âm thanh MPEG-2 .................................22 Hình 1-11: Mô hình tham chiếu DSM-CC................................................................23 Hình 1-12: Cấu hình tham chiếu cho Giao diện thời gian thực ................................24 Hình 1-13: Ví dụ vể một cảnh MPEG-4 ...................................................................27 Hình 1-14: Mô hình lớp hệ thống MPEG-4 ..............................................................28 Hình 1-15: Quan hệ giữa các phiên bản MPEG-4 ....................................................31 Hình 1-16: Bộ mã hóa H.261 ....................................................................................35 Hình 1-17: Bộ giải mã H.261 ....................................................................................36 Hình 1-18: Sơ đồ khối codec của H.263 ...................................................................38 Hình 1-19: Minh họa một hệ thống mã hóa/giải mã video .......................................39 Hình 1-20: Bộ mã hóa H.263 ....................................................................................40 Hình 1-21: Bộ giải mã H.263 ....................................................................................42 Hình 2- 1: Kiến trúc của một ứng dụng truyền dữ liệu thời gian thực......................61 Hình 3-1: Minh họa một thiết bị PalmPilot sử dụng hệ điều hành Palm OS ............68 Hình 3-2: Giao thức H.323........................................................................................72 Hình 3-3: H.323/PSTN Gateway ..............................................................................73 7 Hình 3-4: H.323/ISDN Gateway ...............................................................................73 Hình 3-5: Vùng H.323...............................................................................................74 Hình 3-6: Kiến trúc mạng không dây........................................................................79 Hình 3-7: Mạng không dây ngang hàng hoặc ad-hoc ...............................................81 Hình 3-8: Mô hình kiến trúc chƣơng trình thử nghiệm.............................................84 Hình 3-9: Mô hình kế thừa của lớp H.323 ................................................................85 Hình 3- 10: Cây kế thừa của lớp Kênh H323............................................................86 Hình 3-11: Cây kế thừa của lớp H323Codec ............................................................86 Hình 3-12: Cây kế thừa của lớp H323SignalPDU ....................................................87 Hình 3-13: Cây kế thừa lớp PSocket .........................................................................89 8 MỞ ĐẦU Hiện nay, truyền video trong các môi trƣờng mạng tốc độ bit thấp ngày càng trở nên phổ biến và trở thành yêu cầu cấp thiết trong một số lĩnh vực của xã hội. Một số ứng dụng điển hình có thể kể đến là: ứng dụng hội nghị truyền hình qua mạng intranet và internet (Video Conferencing) đƣợc sử dụng trong công tác điều hành; ứng dụng chẩn đoán hình ảnh trong y học (Telemedicine); các ứng dụng truyền video thời gian thực đƣợc sử dụng trong lĩnh vực đào tạo trực tuyến … Sự ra đời và phát triển mạnh mẽ của công nghệ không dây (wireless) và các thiết bị cầm tay (nhƣ thiết bị hỗ trợ kỹ thuật cá nhân PDA, máy tính cầm tay Pocket PC, các điện thoại di động có sử dụng hệ điều hành …) đã mở ra một cách thức khai thác công nghệ mới, khác với cách thức truyền thống (làm việc tại văn phòng và sử dụng các mạng có dây để khai thác các dịch vụ) và thật sự đem lại nhiều sự thuận tiện và hiệu quả cho ngƣời sử dụng. Chỉ với một thiết bị cầm tay hỗ trợ công nghệ kết nối mạng không dây, ngƣời dùng có thể làm việc, duyệt web và khai thác các dịch vụ giải trí tại bất kỳ nơi nào, trong đó các ứng dụng và dịch vụ video đóng một vai trò quan trọng.  Tính cấp thiết của đề tài: truyền video qua các môi trƣờng mạng tốc độ bit thấp là một công nghệ hiện đại, có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, nổi cộm là các ứng dụng hội nghị truyền hình, các dịch vụ giải trí, đào tạo trực tuyến … Đặc biệt đối với các ứng dụng trên các thiết bị hỗ trợ kỹ thuật cầm tay chạy trong môi trƣờng mạng không dây.  Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu truyền video trên thiết bị cầm tay qua môi trƣờng mạng không dây cho phép xây dựng đƣợc các ứng dụng và dịch vụ hiệu quả. Kết quả thu đƣợc sẽ là cơ sở cho việc phát triển một số ứng dụng đƣợc đánh giá là sẽ rất phổ biến trong tƣơng lai.  Phạm vi nghiên cứu: Luận văn nghiên cứu phần cơ sở lý thuyết của các phƣơng pháp nén video, cơ sở lý thuyết về Streaming video và chuẩn công 9 nghệ về tổ chức, truyền dữ liệu video qua các hệ thống mạng tốc độ bit thấp với nhiều ngƣời dùng tham gia. Đặc biệt là trên môi trƣờng mạng không dây với thiết bị cầm tay PDA.  Kết quả đạt được: Luận văn trình bày cơ sở lý thuyết của các phƣơng pháp nén video nhƣ các chuẩn MPEG, chuẩn H.26x; Streaming video và chuẩn H.323. Đây là các lý thuyết cơ sở cho việc xây dựng các ứng dụng truyền video. Luận văn cũng đã xây dựng đƣợc chƣơng trình thử nghiệm truyền video thời gian thực kết nối hai thiết bị cầm tay (Pocket PC) qua môi trƣờng mạng không dây.  Nội dung luận văn bao gồm: - Chương 1. Tổng quan về nén Video – Trình bày về sự cần thiết phải nén video và các lý thuyết về các chuẩn nén Video hiện đại. - Chương 2. Video streaming – Trình bày các khái niệm về video streaming, các giao thức truyền dữ liệu thời gian thực. Đây là các cơ sở cho việc xây dựng ứng dụng truyền dữ liệu video trong các ứng dụng và dịch vụ trên mạng. - Chương 3. Xây dựng chương trình ứng dụng – Giới thiệu về các công nghệ thiết bị PDA, giao thức chuẩn H.323 và xây dựng kiến trúc chƣơng trình thử nghiệm. - Kết luận - Cho biết những kết quả, hạn chế và hƣớng phát triển của luận văn. 10 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NÉN VIDEO 1.1 Giới thiệu về nén Video 1.1.1 Giới thiệu Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin nhƣ hiện nay, đặc biệt là khả năng kết nối mạng internet (qua mạng có dây và không dây) với băng thông ngày càng nâng cao. Bên cạnh đó, nhu cầu sử dụng các dịch vụ và ứng dụng âm thanh, hình ảnh và video ngày càng nhiều, điều này nói lên đƣợc tầm quan trọng của việc tối ƣu hóa chất lƣợng dữ liệu đa phƣơng tiện khi đƣợc truyền đi trên mạng, trong đó nén dữ liệu video là một trong những việc làm hết sức cần thiết. Việc nén dữ liệu video đem lại hai ƣu điểm sau: - Nâng cao khả năng sử dụng video số hóa trong các môi trƣờng trao đổi và lƣu trữ. Ví dụ, với tốc độ đƣờng truyền internet nhƣ hiện nay vẫn không đủ để hỗ trợ thực hiện dữ liệu video không nén theo thời gian thực (thậm chí trong cả tƣờng hợp video ở tốc độ và kích thƣớc khung hình thấp) trong khi đó một đĩa DVD chỉ có thể lƣu đƣợc một đoạn video có độ dài vài giây với chất lƣợng hình ảnh và độ phân giải của Tivi. - Nâng cao hiệu quả sử dụng các tài nguyên lƣu trữ và truyền video. Nếu có một kênh truyền tốc độ cao, chúng ta có thể thực hiện truyền video nén với độ phân giải và chất lƣợng cao hoặc có thể truyền trên nhiều kênh thay vì đơn kênh. Với các ƣu điểm trong lƣu trữ và truyền dữ liệu, nén dữ liệu video đƣợc coi là một thành phần quan trọng trong hầu hết tất các các ứng dụng và dịch vụ đa phƣơng tiện hiện nay và trong những năm tiếp theo. 11 Hình 1-1: Khung hình Video (ví dụ về các vùng đồng nhất) Hình 1-2: Khung hình Video (nền đã đƣợc lọc –filter) 12 Hình 1-3: Khung hình Video 2 Một tín hiệu mang thông tin có thể đƣợc nén bằng cách bỏ đi các bit dƣ thừa. Trong một hệ thống nén không mất dữ liệu, các bit dƣ thừa thống kê sẽ bị loại bỏ do đó tín hiệu ban đầu có thể đƣợc khôi phục lại một cách hoàn hảo tại điểm nhận. Tuy nhiên, tại thời điểm hiện nay, hầu hết các phƣơng thức nén không mất dữ liệu hình ảnh và video chỉ đạt kết quả vừa phải, không có khả năng khôi phục 100% so với tín hiệu ban đầu. Hầu hết các kỹ thuật nén video đƣợc sử dụng hiện nay đều dựa trên nguyên tắc mất dữ liệu khi nén. Mục đích của các thuật toán nén video là nâng cao hiệu năng nén trong khi mong muốn giảm thiểu sự méo và giảm chất lƣợng trong quá trình nén. Các thuật toán nén thực hiện loại bỏ phần dƣ thừa trong các vùng dữ liệu theo thời gian, không gian và/hoặc tần suất xuất hiện. Hình 1-1 thể hiện ví dụ về một khung video đơn. Với các vùng đƣợc khoanh, ít có sự biến đổi về nội dung hình ảnh và do đó đây là sự dƣ thừa về mặt không gian của dữ liệu. Hình 1-2 thể hiện cùng khung hình sau khi vùng ảnh nền đã đƣợc lọc (làm mịn), loại bỏ một số nội dung với tần suất xuất hiện cao. Hệ thần kinh và mắt ngƣời rất nhạy cảm đối với các nội dung có tần suất xuất hiện thấp hơn và do đó hình ảnh vẫn có thể đƣợc nhận biết trong khi một số nhiều thông tin đã đƣợc loại bỏ [6]. Hình 1-3 thể hiện khung hình tiếp theo trong đoạn video. Hình ảnh minh họa này đƣợc lấy từ một 13 nguồn máy quay camera với tỷ lệ 25 khung hình/giây và do đó có rất ít thay đổi giữa hai khung hình trong một khoảng thời gian 1/25 giây. Điều này cho thấy rất rõ ràng về sự dƣ thừa của dữ liệu. Bằng cách loại bỏ các dữ liệu dƣ thừa (nhƣ dữ liệu không gian, tần suất xuất hiện và/hoặc thời gian), chúng ta có thể nén dữ liệu một cách đáng kể. Hơn nữa còn có thể nén video bằng cách mã hóa dữ liệu bằng lƣợc đồ mã entropy nhƣ mã Huffman hoặc mã số học. Nén hình ảnh và video đã trở thành một vấn đề nóng bỏng trong các nghiên cứu và phát triển trong vòng hai mƣơi năm nay và cũng đã có rất nhiều các thuật toán và hệ thống khác nhau đƣợc xây dựng để thực hiện điều này. Một vấn đề đƣợc đặt ra là làm thế nào có thể thống nhất đƣợc cách thức nén/giải nén, nâng cao khả năng sử dụng các sản phẩm từ nhiều nhà sản xuất khác nhau cũng nhƣ giao tiếp, trao đổi với nhau một cách hiệu quả. Các tiêu chuẩn quốc tế cho nén hình ảnh và video đã đƣợc ra đời nhƣ JPEG, MPEG và các chuẩn H.26x 1.1.2 Tại sao lại phải nén Video Do dữ liệu video đƣợc ghi trên các phƣơng tiện lƣu trữ nhƣ đĩa CD và DVD hoặc truyền trên mạng, kích thƣớc của dữ liệu video số hóa là một vấn đề quan trọng trong công nghệ đa phƣơng tiện. Mặt khác, do sự đòi hỏi băng thông lớn của các tín hiệu video thô (raw video), các ứng dụng video khi chạy sẽ chiếm rất nhiều tài nguyên về băng thông nếu các khung hình video đƣợc truyền ở dạng không nén. Ví dụ, giả sử rằng một khung hình video đƣợc biểu diễn trọng một lƣới rời rạc các điểm ảnh với độ phân giải 176 điểm ảnh trên một dòng và 144 dòng trên một hình. Nếu màu của hình ảnh đƣợc biểu diễn bởi hai khung màu, và mỗi khung có độ phân giải một nửa của hình ảnh chói thì mỗi khung video sẽ cần xấp xỉ 38 kbyte để biểu diễn nội dung của nó trong khi mỗi thành phần màu và độ chói đƣợc biểu diễn bởi 8-bit. Nếu các khung video đƣợc truyền ở dạng không nén với tỷ lệ 25 khung hình / giây thì tốc độ dữ liệu thô cho một cảnh video sẽ vào khoảng 7.6 Mbit/giây và một đoạn video có độ dài một phút sẽ yêu cầu băng thông là 57 Mbyte. Đối với một định dạng video CIF ở độ phân giải 352x288 điểm ảnh, với 8-bit đối với mỗi thành phần 14 màu hoặc độ chói và độ phân giải một nửa thì mỗi hình ảnh sẽ cần 152 kbyte bộ nhớ để biểu diễn nội dung số hóa. Với cùng tỷ lệ hình ảnh nhƣ trên, tốc độ dữ liệu video thô cho một cảnh vào khoảng 30 Mbit/s và một đoạn phim có độ dài một phút sẽ yêu cầu băng thông khoảng 225 Mbyte. Do đó, dữ liệu video số hóa cần phải đƣợc nén trƣớc khi truyền để bảo đảm yêu cầu băng thông tối thiều của các dịch vụ hoặc ứng dụng đa phƣơng tiện [1]. 1.1.3 Nén Video Nén là một quá trình “cô đọng” dữ liệu thành dữ liệu mới có tổng số bit nhỏ hơn. Nén video (mã hóa video) là một quá trình “cô đọng” một cảnh video số hóa với số lƣợng bit nhỏ hơn. Video số hóa “thô” hay không nén thông thƣờng yêu cầu một tỷ lệ bit lớn (khoảng 216 Mbits cho một giây video không nén với chất lƣợng TV) và do đó nén dữ liệu là cần thiết cho việc lƣu trữ và truyền tín hiệu video. Nén dữ liệu đòi hỏi có hai hệ thống, bộ nén (bộ mã hóa) và bộ giải nén (bộ giải mã). Bộ mã hóa chuyển đổi dữ liệu nguồn thành một mẫu nén (giảm bớt số lƣợng bit) ƣu tiên cho việc truyền hoặc lƣu trữ và bộ giải mã có nhiệm vụ chuyển đổi từ mẫu nén về dạng biểu diễn ban đầu của dữ liệu video. Cặp bộ mã hóa/giải mã thông thƣờng đƣợc mô tả nhƣ một CODEC (enCOder/ DECoder) (Hình 1-4). Hình 1-4: Bộ mã hóa / Giải mã (CODEC) Hầu hết các phƣơng thức mã hóa đều sử dụng cả dữ liệu không gian và thời gian dƣ thừa trong khi mã hóa. Trong một vùng thời gian, thƣờng có độ tƣơng quan cao (giống nhau) giữa các khung video đƣợc chụp gần nhƣ trong cùng một thời điểm. Các khung liền kề nhau về mặt thời gian thƣờng có độ tƣơng quan cao, đặc biệt nếu tốc độ mẫu theo thời gian (tỷ lệ khung hình trên giây) lớn. Trong một vùng theo không gian, thông thƣờng có độ tƣơng quan cao giữa các điểm ảnh (các mẫu) ở gần 15 nhau. Ví dụ. giá trị của các mẫu liền kề nhau thông thƣờng rất giống nhau (Hình 15) Hình 1-5: Tƣơng quan không gian và thời gian trong một đoạn video 1.2 Các chuẩn nén Video hiện đại 1.2.1 MPEG 1 MPEG-1 định nghĩa một nhóm các mã âm thanh - hình ảnh (AV – Audio và Video) và các chuẩn nén đƣợc công nhận bởi MPEG (Nhóm chuyên gia hình ảnh động Moving Picture Experts Group) [20]. MPEG-1 video thƣờng đƣợc dùng cho định dạng Video CD (VCD). Độ phân giải và tốc độ bit của chuẩn VCD bằng xấp xỉ so với băng từ VHS. Âm thanh MPEG-1 Lớp 3 là tên đầy đủ của định dạng âm thanh rất phổ biến MP3 (MPEG-1 audio layer 3). Ngày nay, với sự phát triển nhanh của công nghệ phần cứng của các thiết bị mã hóa, ngày càng có nhiều định dạng âm thanh tiên tiến đƣợc phát triển nhƣ MPEG-2 và MPEG-4. Các định dạng mới này 16 ngày càng phức tạp và yêu cầu các thiết bị phần cứng cao hơn, tuy nhiên chúng tỏ ra rất hiệu quả về mặt chất lƣợng. MPEG-1 bao gồm một số thành phần nhƣ sau: 1. Phần 1: Đồng bộ và trộn video - âm thanh 2. Phần 2: Codec nén cho các tín hiệu video không kết hợp. 3. Phần 3: Codec nén cho mã hóa tín hiệu âm thanh. Chuẩn định nghĩa mã hóa âm thanh MPEG ở ba mức một cách phức tạp: a. MP1 hoặc MPEG-1 Phần 3 Lớp 1 (MPEG-1 Audio Layer 1) b. MP2 hoặc MPEG-1 Phần 3 Lớp 2 (MPEG-1 Audio Layer 2) c. MP3 hoặc MPEG-1 Phần 3 Lớp 3 (MPEG-1 Audio Layer 3) 4. Phần 4: Các thủ tục kiểm thử. 5. Phần 5: Phần mềm tham chiếu. Trong đó: Phần 1 có nhiệm vụ đánh địa chỉ các vấn đề xảy ra khi kết hợp một hoặc nhiều dòng dữ liệu (data stream) từ các phần âm thanh và Video của chuẩn MPEG-1 với thông tin thời gian để tạo thành một dòng đơn nhƣ trong Hình 1-6 dƣới đây. Đây là một chức năng quan trọng vì khi kết hợp thành một dòng đơn, tất cả dữ liệu sẽ trong một mẫu, điều này sẽ rất phù hợp với việc lƣu trữ và truyền dữ liệu số. 17 Hình 1-6: Nguyên mẫu ISO/ bộ giải mã IEC 11172 Phần 2 xác định một biểu diễn mã hóa có thể đƣợc sử dụng cho việc nén video. Có một số kỹ thuật đƣợc sử dụng để nén dữ liệu với tỷ lệ cao. Đầu tiên sẽ lựa chọn một độ phân giải không gian thích hợp cho tín hiệu. Thuật toán đƣợc dùng sẽ sử dụng khối chuyển động bù để làm giảm các dữ liệu dƣ thừa về mặt thời gian. Bù chuyển động đƣợc sử dụng cho việc ƣớc lƣợng hình ảnh hiện tại từ hình ảnh trƣớc đó, và cho việc dự đoán hình ảnh hiện tại từ một hình tiếp theo, hoặc sử dụng cho việc ƣớc lƣợng nội suy từ các hình ảnh trƣớc và sau. Tín hiệu sai, lỗi dự đoán sẽ đƣợc nén bằng cách sử dụng phép biến đổi cosin rời rạc (DCT) để loại bỏ tƣơng quan không gian và sau đó sẽ đƣợc lƣợng tử. Cuối cùng, các vector chuyển động đƣợc kết hợp với thông tin DCT và đƣợc mã hóa bằng cách sử dụng Mã độ dài biến thiên. Hình dƣới đây minh họa khả năng kết hợp của ba kiểu hình ảnh chính đƣợc sử dụng trong chuẩn. 18 Hình 1-7: Mẫu cấu trúc hình ảnh theo thời gian. Phần 3 xác định một biểu diễn mã hóa đƣợc sử dụng cho nén âm thanh – cả âm dạng mono và stereo. Thuật toán đƣợc minh họa trong Hình 1-8 dƣới đây. Các mẫu âm thanh đầu vào đƣợc đƣa vào bộ mã hóa. Bộ đánh địa chỉ (mapping) sẽ tạo ra một mẫu con đã đƣợc lọc từ dòng âm thanh đầu vào. Mô hình hệ tâm lý âm thanh (psychoacoustic model) tạo ra một tập các dữ liệu để điều khiển bộ lƣợng tử và mã hóa. Khối lƣợng tử và mã hóa tạo ta tập các ký hiệu mã hóa từ mẫu dữ liệu đầu vào đã đƣợc đánh địa chỉ. Khối đóng gói khung (frame packing) lắp ráp các dòng bit từ dữ liệu đầu ra của các khối khác đồng thời thêm một số thông tin khác (ví dụ, tƣơng quan lỗi) nếu cần thiết.