Tài liệu Mô hình cơ sở dữ liệu video cho lập danh mục và khôi phục nội dung

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ PHẠM THANH TÙNG MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU VIDEO CHO LẬP DANH MỤC VÀ KHÔI PHỤC NỘI DUNG LUẬN VĂN THẠC SỸ Người hướng dẫn: PGS. TS. Đỗ Trung Tuấn Hà Nội - 2005 MỤC LỤC MỤC LỤC ..............................................................................................................1 Danh mục các kí hiệu và viết tắt ..............................................................................5 MỞ ĐẦU ................................................................................................................7 Chương 1 – GIỚI THIÊU TỔNG QUAN VỀ VIDEO .............................................9 1.1 Một số khái niệm cơ bản.................................................................................9 1.1.1 Video .....................................................................................................9 1.1.2 Video số ................................................................................................9 1.1.3 Dữ liệu video số .................................................................................. 10 1.1.4 Kích cỡ khuôn hình ............................................................................. 10 1.1.5 Kích cỡ khuôn hình và độ phân giải ..................................................... 10 1.1.6 Tỷ lệ khuôn hình.................................................................................. 11 1.1.7 So sánh quét xen dòng và quét tuần tự ................................................. 11 1.1.8 Tốc độ của phát hình ........................................................................... 12 1.2 Các yêu cầu hệ thống của Video ...................................................................12 1.2.1 Phát hình trong thời gian thực .............................................................. 12 1.2.2 Tính đồng bộ của thiết bị khi xử lý video ............................................. 12 1.3 Các đặc điểm của dữ liệu video và video số .................................................. 13 1.3.1 Khả năng truyền tải thông tin ............................................................... 13 1.3.2 Độ phân giải của video số ....................................................................13 1.3.3 Dữ liệu lớn (chiếm nhiều không gian lưu trữ) ......................................14 1.4 Phân lớp video .............................................................................................. 15 1.4.1 Phân lớp theo mục đích sử dụng .......................................................... 15 1.4.2 Phân lớp theo nội dung đối tượng trong video .....................................16 1 1.5 Các hướng nghiên cứu và ứng dụng .............................................................. 17 1.5.1 ứng dụng video cho đào tạo điện tử (e-learning) ..................................17 1.5.2 Xây dựng hệ quản trị cơ sở dữ liệu video ............................................. 17 1.5.3 Hệ thống mô phỏng và thực tại ảo ....................................................... 18 1.5.4 Video theo yêu cầu .............................................................................. 18 1.5.5 Truyền hình số ..................................................................................... 18 Chương 2 - CÁC ĐỊNH CHUẨN VIDEO ............................................................. 19 2.1 Định dạng chuẩn cho hệ điều hành ............................................................... 19 2.1.1 Định dạng AVI .................................................................................... 19 2.1.2 Các định dạng MOV ............................................................................ 22 2.2 Các định chuẩn MPEG ................................................................................. 25 2.2.1 Giới thiệu ............................................................................................ 25 2.2.2 MPEG–1 ............................................................................................. 26 2.2.3 MPEG–2 ............................................................................................. 29 2.2.4 MPEG–4 ............................................................................................. 31 2.3 So sánh các định chuẩn MPEG .....................................................................33 2.3.1 Bảng so sánh các định chuẩn MPEG.................................................... 33 2.3.2 So sánh các định dạng Video AVI, MPG, RM/RA, ASF, IVF, VIV, MOV, DivX......................................................................................... 34 Chương 3 – MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU VIDEO ................................................ 39 3.1 Tổng quan ....................................................................................................39 3.2 Cấu thành dữ liệu video ................................................................................ 41 3.2.1 Những đặc tính duy nhất của dữ liệu video .......................................... 42 3.2.2 Nội dung của dữ liệu video ..................................................................43 3.3 Yêu cầu cho mô hình video. ......................................................................... 44 2 3.3.1 Hỗ trợ trừu tượng hóa cấu trúc video đa mức ....................................... 44 3.3.2 Hỗ trợ quan hệ không gian và thời gian ............................................... 45 3.3.3 Hỗ trợ chú giải video ........................................................................... 46 3.3.4 Độc lập dữ liệu video ........................................................................... 46 3.4 Một số mô hình video ................................................................................... 46 3.4.1 Các mô hình dựa trên phân đoạn video ................................................ 46 3.4.2 Các mô hình dựa trên chú giải ............................................................. 48 3.4.3 Các mô hình đối tượng video ............................................................... 49 3.4.4 Mô hình dữ liệu video đại số ............................................................... 50 3.4.5 Các mô hình dữ liệu video khác ........................................................... 51 Chương 4 - MÔ HìNH CƠ SỞ DỮ LIỆU VIDEO CHO LẬP DANH MỤC VÀ KHÔI PHỤC NỘI DUNG VIDEO .............................................................. 53 4.1 Tổng quan ....................................................................................................53 4.2 Mô hình hóa dữ liệu ảnh/video mức thấp ...................................................... 55 4.2.1 Mô hình hóa không gian – thời gian qua một dãy các khung ................ 56 4.2.2 Mô hình đề xuất................................................................................... 57 4.3 Khung cấu thành các tình huống ...................................................................60 4.3.1 Khái quát thao tác không gian – thời gian ............................................ 60 4.3.2 Kí hiệu và khái niệm ............................................................................ 62 4.3.3 Sự kiện không gian .............................................................................. 63 4.3.4 Sự kiện thời gian.................................................................................. 68 4.4 Mô hình hướng đối tượng của dữ liệu video ................................................. 73 4.4.1 Từ sự kiện đến lớp ............................................................................... 74 4.4.2 Khái niệm dữ liệu video khái quát trong mẫu hướng đối tượng ............ 77 4.4.3 Mô hình đề xuất................................................................................... 82 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 85 3 TÀI LIỆU THAM KHảO ...................................................................................... 86 4 Danh mục các kí hiệu và viết tắt CSDL Cơ sở dữ liệu VDBMS Video Database Management System OVID Object Video Information Database VIMSYS Visual Information Management System VODM Video Object Description Model VSDG Video Sematic Directed Graph DV Digital Video PAL Phase Alternation Line SECAM Sequential colour with memory NTSC National Television Standard Committee MPEG Moving Picture Experts Group DCT Discrete Cosine Transform RLE Run Leng Ecoding CBT Computer Base Training WBT Web Base Training RGB Red, Green, Blue YUV Không gian mầu. Y: giá trị độ sáng luminance. U,V: giá trị màu chrominance JPEG Joint Picture Experts Group SIF Standard Intechange Format TV Video Televition ISO International Organization for Standardization EIA Electronic Industries Association VCD Video Compact Disc DVD Digital Versatile Disc hoặc Digital Video Disc 5 AVI Audio Video Interleave MOV Quick Time Movie File Extension HDTV High Definition TV VOD Video On Demand WMA Windows Media Audio WMV Windows Media file with Audio/Video IMA Interactive Multimedia Association 6 MỞ ĐẦU Cùng với sự phát triển của máy tính, video số ngày càng trở nên phổ biến hơn trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống như truyền thông, giáo dục, đào tạo, giải trí, và xuất bản. Cụ thể là một số lượng lớn dữ liệu video hoặc đã tồn tại ở dạng số hoá, hoặc sẽ sớm được số hoá. Theo một khảo cứu thế giới, đã có hơn sáu triệu giờ phim truyện và video được chiếu trên toàn thế giới, với tỷ lệ tăng hàng năm khoảng 10%. Nó bằng 1.8 triệu Gb dữ liệu video MPEG được mã hoá nếu là dạng số hoá. Với sự gia tăng số lượng thông tin video khổng lồ, sẽ không thể mã hoá được hết nếu không có sự quản lý mang tính hệ thống dữ liệu video. Các hệ quản trị CSDL truyền thống được thiết kế để quản lý kiểu cấu trúc dữ liệu đơn giản, nhưng không phải là dữ liệu video. Bản chất của dữ liệu video là có cấu trúc phức tạp và nó đòi hỏi các phương pháp mới để mô hình hoá, sắp xếp, chèn và tính toán dữ liệu. Rất nhiều mô hình CSDL video được đề xuất nhưng nói chung vẫn chưa đáp ứng được các yêu cầu của một CSDL cũng như áp dụng vào thực tế. Luận văn này tập trung vào:  Giới thiệu video: các khái niệm, định chuẩn.  Trình bày các mô hình CSDL video.  Trình bày mô hình CSDL video cho lập danh mục và khôi phục nội dung. Luận văn được nghiên cứu với sự kết hợp của nhiều phương pháp: thu thập, phân tích, phân loại; nghiên cứu, phân tích và tổng hợp tài liệu; phân tích và thiết kế hệ thống thông tin; phương pháp mô hình hoá trực quan. Luận văn gồm bốn chương: Mở đầu 7  Chƣơng một: Giới thiệu tổng quan về video, các đặc trưng dữ liệu, phân lớp video.  Chƣơng hai: Tập trung nghiên cứu, phân tích, so sánh các định chuẩn của video AVI, MOV, MPEG: tên định chuẩn, mục đích sử dụng, mã nén, kích cỡ, tỷ lệ, thời gian nén, chất lượng. Từ đó rút ra kết luận và đưa ra các bảng so sánh định chuẩn video.  Chƣơng ba: Mô hình CSDL video.  Chƣơng bốn: Mô hình CSDL video cho lập danh mục và khôi phục nội dung. Kết luận 8 CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ VIDEO  Video ra đời vào những năm đầu của thế kỷ XX và phát triển khá mạnh mẽ, nhưng phải đến cuối thập kỷ XX video số mới phát triển. Với sự ra đời và phát triển mạnh của máy tính và hệ thống viễn thông, dữ liệu video đã được số hoá và đưa vào xử lý trên hệ thống máy tính. Việc xử lý dữ liệu video được số hoá trên máy tính tỏ ra khá hiệu quả. Kết quả là dữ liệu video số đã được đưa vào rất nhiều ứng dụng trong thực tế như đào tạo điện tử dựa vào máy tính CBT (Computer Based Training), hỗ trợ đào tạo trên mạng WBT (Web Base Training), hệ thống mô phỏng, video theo yêu cầu (Video On Demand) và một vấn đề được quan tâm hàng đầu hiện nay là CSDL video...  Chương này sẽ tập trung giới thiệu về các khái niệm, đặc điểm và các ứng dụng của video số. 1.1 Một số khái niệm cơ bản 1.1.1 Video  Khái niệm đơn giản: video là sự phối hợp đồng bộ thu hoặc phát một chuỗi các hình ảnh và âm thanh trong thời gian thực thể hiện thế giới thực.  Với video truyền thống các tín hiệu thu và phát dưới dạng tương tự. Tín hiệu hình ảnh và tín hiệu âm thanh được phát đồng bộ nhau. Các thao tác với video ở dạng tương tự như điều khiển, khử nhiễu… rất phức tạp. 1.1.2 Video số  Tín hiệu thu và tín hiệu phát chuỗi hình ảnh và âm thanh được số hóa thành dãy bít 0 và 1. 9  Dữ liệu video ở dạng bít 0 và 1 nên việc tác động lên video đơn giản hơn video truyền thống. 1.1.3 Dữ liệu video số  Dữ liệu video số là các đoạn phim đã được số hoá và được ghi thành tệp trên đĩa cứng, đĩa CD, đĩa DVD, băng từ và các thiết bị lưu trữ khác mà máy tính có thể hiểu được.  Một tệp video thông thường có hai phần: dữ liệu hình ảnh và dữ liệu âm thanh. Khi phát, các dữ liệu hình ảnh và các dữ liệu âm thanh được phát đồng bộ nhau. 1.1.4 Kích cỡ khuôn hình Kích cỡ khuôn hình (frame size) là chiều dọc và chiều ngang của khuôn hình được tính bằng điểm ảnh. Ví dụ: khuôn hình ảnh 720x486 chứa 349.920 điểm ảnh, 640x480 chứa 307.200 điểm ảnh. Kích cỡ khuôn hình của video phải được xác định rõ theo định dạng chuẩn của video xuất ra. Ví dụ: kích cỡ khuôn hình 720x480 điểm ảnh cho hệ NTSC, 720x576 điểm ảnh cho hệ PAL. Hoặc có thể xác định khuôn hình 320x240 điểm ảnh cho các video có kích cỡ nhỏ, có thể sử dụng trên Web. Tăng kích cỡ khuôn hình đồng nghĩa với việc máy tính phải tốn nhiều bộ nhớ và thời gian xử lý hơn khi hiển thị hay soạn thảo video. 1.1.5 Kích cỡ khuôn hình và độ phân giải Khi xử lý video số, kích cỡ khuôn hình tham chiếu đến độ phân giải. Một loạt các thuộc tính rất quan trọng của khuôn hình khi soạn thảo video: điểm ảnh, tỷ lệ của khuôn hình, độ phân giải, độ sâu mầu. Mối liên hệ giữa các yếu tố này là rất quan trọng như kích cỡ khuôn hình và yêu cầu bộ nhớ; độ phân giải cao hơn thì hình ảnh chi tiết hơn và do đó yêu cầu cần nhiều bộ nhớ cho soạn thảo hơn... 10 1.1.6 Tỷ lệ khuôn hình Tỷ lệ của khuôn hình là tỷ lệ kích thước chiều rộng/chiều cao của ảnh. Ví dụ: tỷ lệ khuôn hình của video NTSC là 4:3, một số video lớn hơn sử dụng tỷ lệ 16:9. Tỷ lệ của khuôn hình không chỉ là các cạnh mà nó còn liên quan đến các chuẩn video. Ví dụ: tỷ lệ 4:3 là chuẩn cho các sản phẩm video của hệ điều hành Windows, Mac, khuôn hình 720x480 điểm ảnh sử dụng cho chuẩn NTSC. 1.1.7 So sánh quét xen dòng và quét tuần tự Interlaced là kỹ thuật quét xen dòng để làm tươi hình ảnh trên màn hình. NoInterlaced hay Progressive-scan là kỹ thuật quét tuần tự các dòng. Kỹ thuật quét xen dòng là thuộc tính bắt và hiển thị video, nó không có cấu trúc phức tạp trong định dạng tệp hoặc truyền thông. Kỹ thuật quét tuần tự các dòng cung cấp các hình ảnh tốt hơn khi soạn thảo hay tạo hiệu ứng video. Video tương tự và số có thể phân loại như là kỹ thuật quét xen dòng và quét tuần tự các dòng. Các chương trình video của chuẩn PAL, NTSC, SECAM sử dụng kỹ thuật quét xen dòng: mỗi khuôn hình coi như hai phần hiểu thị. Hầu hết màn hình máy tính sử dụng quét tuần tự. Các khuôn hình được hiển thị một lần và được quét từ trên xuống trước khi khuôn hình tiếp theo được hiển thị. Trong quét xen dòng video, một khuôn hình được phân chia thành hai phần, phần đầu được gọi là trường cao, phần sau gọi là trường thấp. Mỗi phần chứa các dòng quét khác nhau. Trên màn hình hiển thị TV phần đầu được hiển thị thành các dòng quét ngang trên màn hình, phần sau quét ngang lấp đầy các chỗ trống ở trong phần đầu. Vì một khuôn hình của video NTSC hiển thị trong khoảng thời gian 1/30 giây, quét xen dòng, nên bị chia thành hai phần, do đó thời gian hiển thị của một phần là 1/60 giây. Một khuôn hình PAL và SECAM hiển thị trong khoảng 1/25 giây, quét xen dòng, thời gian hiển thị là 1/50 giây. 11 1.1.8 Tốc độ của phát hình Tốc độ phát hình là số hình ảnh được phát trong thời gian một giây. Các video phổ biến được phát với tốc độ 25 và 29,97 hình/giây. 1.2 Các yêu cầu hệ thống của Video 1.2.1 Phát hình trong thời gian thực Khi nói đến hệ thống video, yếu tố quan trọng để phản ánh trung thực nội dung của video đó là thời gian thực. Để có thể phát, hiển thị các tín hiệu video trong thời gian thực thì các thiết bị phải đảm bảo đủ mạnh, đường truyền với băng thông đủ lớn. Ví dụ: khi chạy một tệp video có định chuẩn AVI phát trên máy Pentium I 133Mhz, card màn hình 1Mb, chúng ta thấy hình ảnh chuyển động chậm hơn so với thực tế, âm thanh bị lệch so với hình ảnh... Chúng ta cũng thấy rất rõ điều này khi xem video trực tiếp trên Internet hay mạng tốc độ thấp. 1.2.2 Tính đồng bộ của thiết bị khi xử lý video Các thiết bị trong hệ thống xử lý video bao giờ cũng yêu cầu tính đồng bộ cao để đảm bảo chất lượng hình ảnh và tốc độ của video. Ví dụ: khi xây dựng hệ thống video các thiết bị phải đảm bảo:  Tốc độ xử lý của video đủ mạnh và có thể phải sử dụng các bộ xử lý chuyên dụng như bộ xử lý Silicon Graphic.  Bộ nhớ đủ lớn. Thông thường bộ nhớ máy tính hiện nay sử dụng cho việc soạn thảo, xử lý video trên 512Mb.  Băng thông trong các hệ thống video phải đảm bảo tốc độ. Ví dụ: đường mạng trong hệ thống xử lý video thường sử dụng cáp quang (1000 Mgbit).  Card màn hình tích hợp các bộ giải mã video chuyên dụng, bộ nhớ card màn hình đủ mạnh trên 128MB. 12  Tốc độ truy cập dữ liệu của ổ cứng cao, không gian ổ cứng lớn để đảm bảo lưu được dữ liệu truyền từ các thiết bị khác như máy quay vào máy tính. Một giờ video theo chuẩn NTSC với khuôn hình 720x480 điểm ảnh, khi chuyển vào máy tính chiếm khoảng 15 Gb ổ cứng.  Các thiết bị trộn các kênh video, các thiết bị phát video... đều phải tuân thủ các chuẩn về video như hệ NTSC, hệ PAL hay SECAM và các yếu tố thời gian thực. 1.3 Các đặc điểm của dữ liệu video và video số 1.3.1 Khả năng truyền tải thông tin Bản chất của video là tích hợp rất nhiều các yếu tố như kỹ thuật, nghệ thuật... do đó video trở thành dạng dữ liệu có khả năng truyền tải thông tin nhanh, đầy đủ, chính xác và rất ấn tượng. Với đặc tính này, video có ưu thế hơn hẳn các dữ liệu khác như văn bản, âm thanh... Video có nhiều ưu điểm, nhưng có một hạn chế là dữ liệu video quá lớn và nó yêu cầu thiết bị cao hơn nhiều so với các cách thể hiện khác. Mặc dù vậy, ngày nay, với công nghệ thông tin và truyền thông phát triển, các kỹ thuật nén ngày càng được cải thiện, ứng dụng video đã được triển khai nhiều hơn trong thực tế. 1.3.2 Độ phân giải của video số Như chúng ta đã biết video là loại dữ liệu số có kích cỡ rất lớn. Do đó người ta phải tìm mọi cách để giảm thiểu kích cỡ của video. Một trong các cách này là sử dụng độ phân giải phù hợp cho video. Người ta đã nghiên cứu và thấy rằng mắt người bị giới hạn về khả năng nhìn. Với màu sắc được hiển trị trên màn hình huỳnh quang thì mắt người chỉ nhận biết được sự khác nhau của chất lượng hình ảnh chuyển động với độ phân giải dưới 72 dpi (72 điểm ảnh/inch). Đối với các hình ảnh chuyển động có độ phân giải cao hơn thì mắt người không nhận biết được. Vì vậy, video số sử dụng độ phân giải 72dpi. Đây là tiêu chuẩn cho tất cả các thiết bị thu 13 video số thông thường như các máy quay số (digital camera), các thiết bị chuyển đổi dữ liệu video từ dạng tương tự sang dạng số. Một số trường hợp đặc biệt khi cần có video chất lượng rất cao như các đoạn phim sử dụng cho việc phân tích khoa học cần phóng to lên nhiều lần thì phải dùng những máy quay đặc biệt để có thể tăng độ phân giải của video lên trên 72 dpi. Trong trường hợp này dữ liệu video sẽ lớn lên khá nhiều. Ví dụ: tăng độ phân giải lên 300 dpi thì kích cỡ của tệp video tăng lên trên 4 lần. 1.3.3 Dữ liệu lớn (chiếm nhiều không gian lƣu trữ) Video số là loại dữ liệu có kích cỡ rất lớn, nó chiếm rất nhiều không gian lưu trữ hay không gian đĩa cứng. Ví dụ: một đoạn video có thời lượng là một giờ, kích cỡ khuôn hình là 720x480, tốc độ phát hình 29,97 hình/giây, độ sâu mầu cho một điểm ảnh là 24bit. Kích thước tệp video này là: 3600x30x720x480x3byte = 111.974.400.000 byte = 109.350.000 KB = 106.787 MB = 104,28 GB. (tương đương với 5 ổ cứng 20 GB) Như vậy, chúng ta thấy rằng các thiết bị lưu trữ hiện nay là quá nhỏ so với dữ liệu video. Đây là đặc điểm gây ra trở ngại rất lớn khi sử dụng, soạn thảo, tương tác với dữ liệu video số. Để khắc phục trở ngại này người ta đã sử dụng nhiều biện pháp như giảm kích cỡ khuôn hình, giảm độ sâu mầu, nhưng hữu hiệu hơn cả vẫn là sử dụng các thuật toán nén video, như các thuật toán nén MPEG. Các thuật toán này đảm bảo cho việc sử dụng các tệp video trên máy tính cũng như truyền dữ liệu video trên mạng là hiệu quả trong thời gian thực. Hiện nay, đã có rất nhiều thuật toán nén video khác nhau, nhưng nền tảng vẫn chủ yếu dựa trên các thuật toán nén ảnh như thuật toán RLE, LZW, Wavelet, DCT... Ngoài ra, người ta còn có một số thuật toán nén giành 14 riêng cho video số như: giảm không gian màu, nén cấu trúc trong, nén dựa vào đối tượng cơ bản. 1.4 Phân lớp video 1.4.1 Phân lớp theo mục đích sử dụng Video là dữ liệu khá đặc biệt do đó phải có các phương pháp xử lý riêng cho từng mục đích sử dụng. Chúng ta có thể phân loại video theo các cách đơn giản sau:  Video số sử dụng cho soạn thảo Video loại này có chất lượng rất cao. Thông thường sử dụng các thuật toán nén không mất thông tin. Các dữ liệu video này được lưu trữ và xử lý trên các thiết bị đặc biệt, chuyên dụng như lưu trên các ổ cứng theo chuẩn SCSI có tốc độ đọc ghi nhanh, được hỗ trợ bởi card RAID, các thiết bị phần cứng để xử lý video như TACGA 3000, DV2000, máy tính tốc độ cao có trang bị các chíp đặc biệt hỗ trợ việc xử lý đồ hoạ...  Video số sử dụng cho đầu cuối Đây là các sản phẩm video số có chất lượng thấp hơn so với video dùng làm soạn thảo nhưng kích cỡ lại nhỏ hơn rất nhiều (nhỏ hơn vài chục lần so với video gốc) do sử dụng các thuật toán nén mất thông tin có thể sử dụng trên mạng, Internet hoặc các ứng dụng thông thường. Trong lớp các video số này, người ta lại phân thành nhóm các sản phẩm nhỏ hơn. Các sản phẩm video số ghi trên đĩa CD là sản phẩm có chất lượng tương đối cao và được phân phối rộng khắp trên thị trường. Nó sử dụng định chuẩn nén MPEG1. Một đĩa CD có dung lượng 700Mb lưu trữ được 80 phút video. Các sản phẩm video số ghi trên đĩa DVD có sức chứa 4,7 Gb. Do đó, người ta có thể nâng cấp chất lượng video số cao hơn chuẩn MPEG–1 bằng cách sử dụng chuẩn MPEG–2. Một đĩa DVD có thể lưu trữ được hai giờ video số với chất lượng rất tốt. 15 Các sản phẩm video số phân phối trên mạng băng thông rộng, sử dụng chuẩn MPEG–1, MPEG–2, hoặc định chuẩn AVI, MOV với chất lượng video số cao. Các định chuẩn này thường yêu cầu tốc độ truyền bít trên 15 Mb/giây. Các sản phẩm video số phân phối trên mạng băng thông hẹp hoặc Internet, sử dụng chuẩn video MPEG–4 hoặc AVI. Nhóm các sản phẩm video số này có chất lượng thấp, khuôn hình nhỏ. Sản phẩm video số này yêu cầu tốc độ đường truyền thấp dưới 500 Kb/giây. Video từ máy quay, Băng Dữ liệu Video số MPEG1 cho đĩa CD Quá trình thu để chuyển thành dữ liệu Video dạng số trong máy tính. Dữ liệu Video số chất lƣợng cao Quá trình xử lý video sau đó chuyển thành Video đầu cuối sử dụng trong các ứng dụng Dữ liệu Video số MPEG2 cho đĩa DVD Dữ liệu Video số MPEG4 cho mạng, internet... Dữ liệu Video số Avi, Mov sử dụng cho các ứng dụng. Sơ đồ: thu và chuyển đổi dữ liệu video từ băng vào máy tính và xử lý thành các tệp Video theo các định chuẩn: MPEG1, MPEG2, MPEG4, AVI,MOV .... sử dụng cho các ứng dụng. Hình 1.1: Sơ đồ chuyển đổi dữ liệu video 1.4.2 Phân lớp theo nội dung đối tƣợng trong video Một số cách phân lớp khác đó là phân lớp theo nội dung đối tượng, màu sắc có trong video số. Cách phân lớp này thường sử dụng cho việc xử lý, áp dụng các kỹ 16 thuật nén cho video. Ví dụ: video đen trắng hay video mầu, cảnh thay đổi nhanh hay ít thay đổi, video hoạt hình... Từ đó người ta đưa vào các kỹ thuật nén với các tham số nén hữu hiệu cho phép giảm đáng kể kích cỡ video cho từng loại. Ví dụ: trong video hoạt hình số người ta có thể sử dụng các thuật toán nén bằng cách phân ra đối tượng để nén tốt nhất dữ liệu video loại này. 1.5 Các hƣớng nghiên cứu và ứng dụng Hiện nay, nghiên cứu và ứng dụng video vào trong đời sống đang là một vấn đề cấp thiết và được các nhóm nghiên cứu, các hãng phần mềm tập trung nghiên cứu bởi lợi ích mà nó đem lại là rất lớn. Những hướng nghiên cứu mới và các ứng dụng video đang được phát triển bao gồm: 1.5.1 ứng dụng video cho đào tạo điện tử (e-learning) Đào tạo điện tử tham chiếu đến những bài học được thể hiện bằng công nghệ điện tử. Đây là lĩnh vực mới hỗ trợ và thay thế một phần đào tạo truyền thống. Nó xuất phát từ những yêu cầu học tập mà trong đó học viên và giáo viên bị ngăn cách bởi không gian địa lý. Với hệ thống mạng LAN, WAN và Internet việc phân phối các bài học điện tử đã trở nên dễ dàng hơn. Nhưng để nội dung các bài học trở nên hấp dẫn, sinh động và trực quan thì dữ liệu video đóng vai trò chủ chốt. Do đó việc nghiên cứu xây dựng video cho các bài giảng điện tử để có thể truyền tải trên hệ thống mạng hay đặt trên đĩa CD là vấn đề hết sức cần thiết. 1.5.2 Xây dựng hệ quản trị cơ sở dữ liệu video Một hướng nghiên cứu khác là xây dựng hệ quản trị cơ sở dữ liệu video – VDBMS. Đây là một vấn đề khá phức tạp vì dữ liệu video rất lớn. Việc xử lý dữ liệu như tìm kiếm, phân loại video trong thời gian thực hay thời gian chấp nhận được là hết sức khó khăn. 17 1.5.3 Hệ thống mô phỏng và thực tại ảo Hiện nay công nghệ mô phỏng và thực tại ảo đang rất được quan tâm. Một hệ thống mô phỏng đầy đủ trên máy tính như mô phỏng buồng lái máy bay hay buồng lái xe tăng có thể thay thế các thiết bị thực tế để đào tạo người học với chi phí nhỏ hơn rất nhiều so với thực tế. 1.5.4 Video theo yêu cầu Đây là một ứng dụng video phục vụ người dùng theo yêu cầu. Thông thường chúng ta xem video theo các kênh truyền hình định trước, dịch vụ video theo yêu cầu cho phép chúng ta lựa chọn những chương trình, những video mình thích hay quan tâm và yêu cầu trung tâm dịch vụ phát cho chúng ta những video đó trong thời gian thực. Video theo yêu cầu là một dịch vụ mới đòi hỏi hạ tầng cơ sở truyền thông mạnh, hệ quản trị cơ sở dữ liệu tốt. Dịch vụ này đang được nghiên cứu và triển khai tại Nhật, Mỹ và các nước có công nghệ thông tin phát triển. 1.5.5 Truyền hình số Đây là dịch vụ truyền hình đang được phát triển khá rộng rãi trên thế giới. Nó thay thế truyền hình tín hiệu tương tự truyền thống bằng các kênh truyền hình số với chất lượng hình ảnh cao hơn, ít nhiễu hơn. Công nghệ này dựa trên định chuẩn video MPEG–2 và MPEG–4. 18 -CHƢƠNG 2 CÁC ĐỊNH CHUẨN VIDEO Trong quá trình soạn thảo, xử lý và export video cần hiểu rõ về các định chuẩn video. Ví dụ: để tạo ra một video sử dụng trên Intermet chúng ta cần phải thiết lập các tham số nén đảm bảo tệp video theo đúng định dạng và mục đích sử dụng. Ngoài các yếu tố kỹ thuật, việc xác định định dạng của video còn phụ thuộc vào các yếu tố kinh nghiệm của người xử lý. MPEG, AVI cho Windows, QuickTime cho MOV là các định dạng được sử dụng rộng rãi. Trong chương này chúng ta làm rõ các định chuẩn với mục đích sử dụng, các kỹ thuật nén, kích cỡ, thời gian xử lý nén và giải nén. 2.1 Định dạng chuẩn cho hệ điều hành 2.1.1 Định dạng AVI Đây là định dạng phổ biến được thiết kế để dùng trong môi trường Windows [25]. Định dạng này rất linh hoạt, có thể sử dụng rất nhiều thuật toán nén video được phát triển từ trước đến nay để tạo ra các sản phẩm video theo mục đích sử dụng. 2.1.1.1. Mã nén video cho chuẩn AVI  Intel Indeo 5.10 (Intel indeo 5.03): được sử dụng cho các định dạng Video phân tán trên mạng Internet, cho các máy tính có bộ xử lý MMX hoặc bộ xử lý từ Pentium II trở lên. Mã nén có đặc trưng: có lựa chọn nén nhanh, điều khiển các keyframe mềm dẻo, điều chỉnh sắc độ, các hiệu ứng playback, và cuối cùng tạo ra các tệp video có dữ liệu giảm đáng kể. - Kiểu nén này cho phép người xử lý video có thể điều chỉnh để tạo ra các video dùng cho các băng thông khác nhau. 19