H264 High Profile – Thế hệ công nghệ hình ảnh đột phá

High Profile ra đời tạo nên bước tiến hoàn toàn mới trong video thời gian thực và tạo nên biến động lớn trong thị trường hình ảnh truyền thông.

Trong khi H.264 là một tiêu chuẩn cũng như thành lập và triển khai rộng rãi cho chuẩn nén video, Baseline Profile đơn giản hơn nhiều và ít hiệu quả vẫn đang được sử dụng cho các ứng dụng truyền thông hình ảnh ngày hôm nay.

H.264 là gì? Điều gì làm nên khác biệt của High Profile H.264 so với các H.264  khác? High Profile sẽ có tác động gì lên thị trường truyền thông hình ảnh ? khách hàng sẽ được hưởng lợi như thế nào từ nó? Làm thế nào công nghệ này giúp các CIO sẽ tung ra video trên tổ chức? Làm thế nào để High Profile tương tác với chức năng video khác?

Bài này sẽ xem xét High Profile từ những quan điểm cả kinh doanh và công nghệ, và cung cấp câu trả lời cho những câu hỏi này.

Tác động của HD lên thị trường HNTH

High Definition (HD) video dẫn đến một sự thay đổi nhanh chóng và tổng thể lên thị trường hội nghị truyền hình nói riêng và truyền thông hình ảnh nói chung. Thế hệ mới của hệ thống video cung cấp hình ảnh sắc nét và tốc độ khung hình cao mà làm video thời gian thực giống như một bộ phim được sản xuất, khác xa với những người sử dụng video chất lượng thấp  ở các thế hệ trước. Các ứng dụng mới xuất hiện, nổi bật nhất telepresence nhập vai kết hợp video HD và công nghệ âm thanh với nhiều màn hình và thiết kế căn phòng được tối ưu hóa để tương tác sống động. Đến năm 2008, hầu hết các thiết bị video của khối doanh nghiệp vận hành với sự hỗ trợ HD. Hạn chế duy nhất là băng thông cao hơn cần thiết để nén hình ảnh video HD. Điều này đặt thêm yêu cầu về khả năng mở rộng trên cơ sở hạ tầng mạng video, kết quả hoàn chỉnh giải pháp mở rộng, dư thừa, và đáng tin cậy mới, như mô tả trong  “Kiến trúc Scalable để phân phối video.”

Nhưng trong khi các hệ thống telepresence cao cấp và các phòng hội nghị được lựa chọn là có thể kết nối với chất lượng HD thông qua  mạng LAN ảo chuyên dụng,và được thiết kế tốt MPLS WAN, hầu hết người dùng thường xuyên không được access lên tới HD ngay cả khi họ đã có một hệ thống hỗ trợ HD. Rất ít các tổ chức có các nguồn tài nguyên mạng để cho phép quay phim HD lưu thông tự do. Cắgiảm từ cuộc khủng hoảng tài chính năm 2008 – 2009 đã không cho phép hầu hết các CIO để nâng cấp mạng lưới, hạn chế HD cho người dùng cao cấp, địa điểm, hoặc các dịp hội hè.

Ở những nơi HD đã được triển khai rộng rãi,  người dùng sẽ nhanh chóng phát hiện ra những lợi ích của hình ảnh chất lượng cao và âm thanh. HD video đã trở thành một thay thế khả thi khi đi du lịch và các cuộc họp mặt-đối-mặt. HD làm truyền thông hình ảnh hấp dẫn hơn nhiều, và nhu cầu triển khai đại trà không kể đến loại hình và quy mô  tổ chức. Các vấn đề của CIO ngày nay là làm thế nào để đáp ứng nhu cầu người dùng và yêu cầu cho truyền thông HD trong khi không vi phạm ngân hàng để nâng cấp mạng.

Bây giờ các hệ thống hỗ trợ HD và cơ sở hạ tầng có khả năng mở rộng đủ để hỗ trợ triển khai HD lớn mạnh , băng thông là yếu tố giới hạn cuối cùng để triển khai HNTH chất lượng HD.

Những tiến bộ trong công nghệ nén video.

Bộ tiêu chuẩn ITU-T H26x là các tiêu chuẩn được thiết lập cho khả năng tương tác. Các tiêu chuẩn ban đầu H.261 đã được thay thế bằng H.263 và mới nhất là H.264. Các tiểu chuẩn mô tả làm thế nào để nén video, do đó có thể truyền tải hiệu quả qua mạng, và làm thế nào để giải nén ở bên nhận.

Một video HD nguyên gốc có thể cần tới băng thông 1 gigabit mỗi giây(1Gbs) rõ ràng là không thích hợp với bất kỳ mạng nào. Bằng cách áp dụng H.264 Baseline Profile, 1Gbs có thể được nén xuống 1Mbs, tức là 1000 lần, đó là thành tự kỹ thuật ấn tượng. Tuy nhiên nếu sử dụng H.264 High Profile, các video có thể nén xuống còn 512kbs, tức là 2000 lần.

h-264-encoder-block-diagram

Hình 1 là một sơ đồ khối của các chuẩn H.264 (encoder side). Lưu ý rằng thu và phát lại video không nằm trong phạm vi của tiêu chuẩn.

Chuẩn H.264 liệt kê nhiều lựa chọn cho việc thực thi từng thành phần, cho phép các nhà cung cấp phát triển các ứng dụng tùy biến và giả quyết các yêu cầu thị trường của họ. Tuy nhiên, bằng cách làm theo sơ đồ và sử dụng tùy chọn các phần của chuẩn H264, các nhà cung cấp giữ được sự tương thích với nhà cung cấp khác.

Sự lệch chuẩn dẫn đến không tương thích và vấn đề khả năng tương tác.

All in one, H264 là một bộ công cụ bao gồm các công cụ bắt buộc mà tất cả việc thực thi phải hỗ trợ và các công cụ tùy chọn mà người thực thi có thể lựa chọn nếu muốn.  Một số tùy chọn trong H264 khá đơn giản và đã được thực hiện ngay lập tức. Những tùy chọn khác thì phức tạp và thậm chí không khả thi ở thời điểm chuẩn hóa, nhưng vẫn được chấp nhận để thực hiện sau, khi mà khả năng xử lý đủ để xử lý sự phức tạp.

H.264 Profiles

Để tổ chức tốt hơn danh sách dài các chức năng, H264 nhóm các chức năng vào các profile đồng nghĩa với phức tạp và hiệu suất ngày càng tăng .

Hình 2 mô tả mối quan hệ giữa bốn cấu hình tiêu chuẩn hóa H264.

h264-high-profile

Figure 2: H.264 profiles

 

Hầu hết các giải pháp HNTH hiên nay sử dụng Baseline Profile . Baseline bao gồm các định nghĩa đơn giản nhất của H264. Trong Baseline Profile, hình ảnh được chia làm các khôi bao gồm 4×4 pixel, và mỗi khối được xử lý riêng biệt.

Một yếu tố quan trọng của Baseline Profile là sử dụng kỹ thuật mã hóa Universal Variable Length Coding (UVLC) và Context Adaptive Variable Length Coding (CAVLC) . Hiệu quả mã hóa có tác động lớn đến băng thông mạng cho video,và những tiến bộ công nghệ mã hóa góp phần vào hiệu quả cải tiến của High Profile cao hơn Baseline, như thảo luận dưới đây.

Extended và Main Profiles bao gồm các chức năng của Baseline Profile và thêm các cải tiến cho thuật toán dự đoán. Kể từ khi truyền mỗi khung đơn(30 khung trên mỗi giây cho chất lượng video tốt) là không khả thi nếu bạn đang cố gắng để giảm tốc độ bít 1000-2000 lần, thời gian và dự đoán chuyển động được dùng nhiều trong H264, và chỉ cho phép truyền sự khác nhau của khung hình sau so với khung hình trước. Kết quả là tăng hiệu quả ngoạn mục, đặc biệt với cảnh quay ít thay đổi và chuyển động.

High Profile là mạnh nhất trong H264,  và nó cho phép mã hóa hiệu quả nhất của video. Ví dụ, khả năng mã hóa lớn đạt được thông qua việc sử dụng Context Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC) , nó hiệu quả hơn so với UVLC/ CAVLC được sử dụng trong Baseline Profile.

High Profile cũng sử dụng khả năng thích ứng thay đổi mà quyết định việc sử dụng 4×4 hoặc 8×8 pixel. Ví dụ, khối 4×4 pixel được sử dụng cho các  phần của hình ảnh có độ chi tiết cao, trong khi các phần có độ chi tiết thấp sẽ được sử dụng các khối 8×8

H.264 cũng cung cấp một sơ đồ khối bộ giải mã, mà chúng tôi sẽ không thảo luận trong bài này.

Lợi ích của High Profile

Khả năng đảm bảo chất lượng video và giảm đáng kể yêu cầu băng thông mạng tác động tới tất cả lĩnh vực mạng video. Do đó High Profile làm giảm chi phí triển khai video mới và hiện có, tăng lợi nhuận trên vốn đầu tư.

Giảm chi phí triển khai video mới.

Gần đây nhất, triển khai video mới thường bắt đầu với đánh giá của mạng IP và thường đòi hỏi phải nâng cấp tăng băng thông và loại bỏ tắc nghẽn. High Profile giàm yêu cầu băng thông của video tới 50%. Hiện tại, với các cuộc gọi video HD yêu cầu hơn 1Mbs sử dụng Baseline Profile thì được hỗ trợ 512Kbs với High Profile . Cuộc gọi SD được yêu cầu tối thiểu 256kbs, thì được hỗ trợ 128kbs với High Profile.

Hình 3 so sánh yêu cầu băng thông  của  High-Profile và Baseline Profile

so-sanh-h264-high-prifle-va-baseline-profile

High Profile làm giảm đáng kể một rào cản chính để nhập cảnh cho truyền thông hình ảnh, cho phép triển khai rộng hơn giữa các tổ chức hơn. CIO lo ngại rằng việc thêm video hoặc tích hợp video vào ứng dụng UC của họ có thể áp đảo các mạng IP của họ bây giờ có tùy chọn để tung ra các video mà không cần thiết kế lại toàn bộ mạng lưới của họ.

Hiện công nghệ này đang được hãng Yealink ứng dụng trong sản xuất các thiết bị hội nghị truyền hình của mình  như VC110, Vc120 đến VC400. Tham khảo các sản phẩm của Yealink tại: yealink.com.vn