Bài tập lớn đ ề tài tìm hiểu và xây dựng ứng dụng nén ảnh jpeg trên matlab

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ-KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - - BÀI TẬP LỚN Đ ề tài: TÌM HIỂU VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG NÉN ẢNH JPEG TRÊN MATLAB GVHD : Nguyễn Thùy Dung Môn học : Truyền thông đa phương tiện SVTH : Chuyên ngành : Công nghệ thông tin Lớp : DHTI13A2HN Hà Nội, ngày 21 tháng 02 năm 2023 TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung LỜI CẢM ƠN  Đề hồn thành khóa luận với đề tài “Tìm hiểu xây dựng ứng dụng nén ảnh JPEG Matlab”, bên cạnh nỗ lực thân vận dụng kiến thức tiếp thu được, tìm tịi học hỏi thu thập tài liệu có liên quan đến đề tài, chúng em ln nhận giúp đỡ tận tình thầy cô, bạn bè Chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Khoa Công nghệ thông tin giúp đỡ cung cấp kiến thức sâu rộng để chúng em có tảng kiến thức để nghiên cứu đề tài Đặc biệt chúng em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thùy Dung, người tận tình hướng dẫn nghiên cứu đề tài Các bạn sinh viên tập thể lớp có giúp đỡ thiết thực, cung cấp tài liệu liên quan động viên trình thực đề tài Và xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình người thân hỗ trợ tất điều kiện để đề tài hoàn thành tốt đẹp Trong trình thực đề tài trình làm báo cáo thực tập chúng em khơng thể khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong thầy thơng cảm chân thành góp ý kiến giúp chúng em có kiến thức vững vàng để làm hành trang thật tốt sau trường Chúng em xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, Ngày… tháng …năm … TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG VÀ BIỂU MẪU MỘT SỐ KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .3 LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài .7 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 1.2.1 Nhiệm vụ 1.2.2 Mục tiêu 1.3 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Sơ lược nén ảnh 2.1.1 Tổng quan nén ảnh jpeg .8 2.1.1.1 Mục đích việc nén tín hiệu 10 2.1.1.2 Bản chất việc nén tín hiệu 10 2.1.2 Các kỹ thuật nén ảnh 10 2.1.2.1 Các nguyên tắc nén ảnh 10 2.1.2.2 Tốc độ tỉ lệ nén 10 2.1.2.3 Ưu nhược điểm phương pháp nén ảnh JPEG 13 2.1.2.4 Độ dư thừa (redundancy) 14 2.2 Mã DCT 15 2.2.1 Giới thiệu thuật toán DCT 15 2.2.2 Giải thuật DCT 16 2.2.3 Lượng tử giải lượng tử 19 2.2.4 Khái niệm Matlab 20 TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung 2.2.5 Cấu trúc liệu Matlab ứng dụng 20 2.2.5.1 Dữ liệu Matlab 21 2.2.5.2 Ứng dụng 21 2.2.5.3 Các hàm chuyển đổi kiểu ảnh 21 2.3 Cơ sở lý thuyết GUI 22 2.3.1 Sơ lược lập trình giao diện người dùng GUIDE MATLAB .22 2.3.1.1 Khái niệm GUI 22 2.3.1.2 Bắt đầu với GUI 23 2.3.1.3 Các bước thực 23 2.3.2 Thao tác với GUI 24 2.3.2.1 Cách tạo giao diện GUI 24 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH 32 3.1 Thiết kế giao diện GUI 32 3.1.1 Giao diện giới thiệu 32 3.1.1.1 Tạo thuộc tính cho đối tượng 33 3.1.1.2 Một số tính mở rộng 35 3.1.1.3 Thực thi hàm: 37 3.1.2 Giao diện nén ảnh DCT 40 3.1.2.1 Khởi tạo đối tượng điều khiển 40 3.1.2.2 Tạo thuộc tính cho đối tượng: 41 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 45 CHƯƠNG 5: PHẦN KẾT LUẬN 49 5.1 Nhận xét 49 5.2 Hạn chế đề tài 49 5.3 Hướng phát triển đề tài 50 TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Các bước q trình mã hóa biến đổi DCT khối 17 Hình 2.2 Tạo giao diện GUI 21 Hình 2.3 Tạo giao diện GUI 22 Hình 2.4 Tạo giao diện GUI 22 Hình 2.5 Tạo giao diện GUI 23 Hình 2.6 Tạo giao diện GUI 24 Hình 2.7 Tạo giao diện GUI 24 Hình 2.8 Tạo giao diện GUI 25 Hình 3.1 Khởi tạo giao diện GUI 28 Hình 3.2 Giao diện ứng dụng 30 Hình 3.3a Hộp thoại Align Objects giao diện 31 Hình 3.3b Hộp thoại Align Objects giao diện 32 Hình 3.4 Giao diện mfile 33 Hình 3.5 Tìm hàm callback cho đối tượng điều khiển 34 Hình 3.6 Thiết kế giao diện 38 Hình 3.7 Giao diện ứng dụng hồn chỉnh 41 Hình 3.8 Giao diện mfile Hình 3.9 Hàm Callback cho đối tượng điều khiển 42 42 Hình 4.1 Hình gốc 73 Hình 4.2 Giao diện nén ảnh DCT 74 Hình 4.3 Giao diện giải nén ảnh DCT 75 TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung DANH MỤC BẢNG VÀ BIỂU MẪU Bảng 1.1 Kế hoạch nghiên cứu Công thức (1) 14 Công thức (2) 15 Sơ đồ 2.1 Sơ đồ nén ảnh DCT Sơ đồ 2.2 Sơ đồ giải nén Công thức (3) 15 16 18 Sơ đồ 2.3 Sơ đồ khối mô tả hoạt động GUI thao tác giao diện 26 Bảng 2.1 Mô tả chức công cụ 27 Bảng 3.1 Mơ tả thuộc tính đối tượng 30 Bảng 3.2 Mơ tả thuộc tính 40 Bảng 4.1 Bảng so sánh thông số hệ số DCT 76 TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung MỘT SỐ KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DCT Discrete Cosine Transform JPEG Joint Photographic Experts Group Matlab Matrix Laboratory GUI Graphic User Interface RLE Run-length encoding DWT Discrete Wavelet Transform PKZIP Phil Katz ZIP LHA A compression program developed by Haruyasu Yoshizaki ARJ Archived by Robert Jung RAM Random Access Memory RGB Red Green Blue YUV A color model: Y is the luminance (brightness) U and V are the chrominance (color) components NTSC National Television System Committee PNG Portable Network Graphic MSE Mean Squared Error PSNR Peak Signal-To-Noise Ratio GIF Graphics Interchange Format TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung LỜI NĨI ĐẦU Thời đại cơng nghệ 4.0 mang đến thay đổi mặt kinh tế, kỹ thuật, … Nghành điện tử có bước phát triển vượt bậc Các sản phẩm công nghệ phát triển nhanh với tốc độ chóng mặt cơng nghệ truyền thơng không ngoại lệ Nhu cầu chụp ảnh, quay video, để lưu lại khoảnh khắc đặc biệt điều thiết yếu sống Những hình, đoạn băng số hóa để lưu nhiều chia sẻ nhanh Qua thúc đẩy phát triển phần mềm liên quan đến vấn đề xử lí hình ảnh video Nén ảnh kỹ thuật mã hóa ảnh số nhằm giảm số lượng bit liệu cách loại bỏ thông tin dư thừa ảnh dư thừa thông tin, không gian, cấp xám hay thời gian Mục đích giảm chi phí việc lưu trữ ảnh chi phí thời gian để truyền ảnh xa truyền thông đảm bảo chất lượng yêu cầu Theo đó, Matlab ngơn ngữ lập trình bậc cao sử dụng để giải toán kỹ thuật Matlab tích hợp sẵn toolbox thư viện để thực tính tốn, thể kết quả, cho phép lập trình, giao diện làm việc dễ dàng cho người sử dụng.Với phần mềm đồ họa cực mạnh cho phép mô mô hình thực tế lập trình ứng dụng Xuất phát từ nhu cầu thực tế xu hướng nghiên cứu giới, thực đề tài “Tìm hiểu xây dựng ứng dụng nén ảnh JPEG Matlab” TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung TÓM TẮT Nén ảnh đề tài nghiên cứu thông dụng nay, dùng nhiều ứng dụng trở thành phần thiếu sống đại, từ ứng dụng điện thoại, đến chương trình chun mơn Việc chuyển định dạng thơng tin sử dụng bit cách thể liệu gốc, xác định thông tin không cần thiết loại bỏ chúng, cần thiết giảm nguồn tài nguyên dung lượng lưu trữ hay băng thông đường truyền Vậy nên đề tài chia làm chương: Chương 1: Tổng quan đề tài Nêu lên mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu phương pháp nghiên cứu đề tài Chương 2: Cơ sở lý thuyết Sơ lược xử lý ảnh, nén ảnh jpeg, lý thuyết mã DCT nén ảnh, ứng dụng Matlab hướng dẫn sử dụng Guide Matlab Chương 3: Thiết kế lập trình Trình bày giao diện code nén ảnh DCT giải thích code Chương 4: Kết thực nghiệm Trình bày kết đạt được, hình ảnh gốc hình ảnh nén dùng phương pháp DCT bảng so sánh hệ số DCT Chương 5: Kết luận Kết luận hướng phát triển đề tài TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Lý chọn đề tài Nén ảnh đề tài nghiên cứu thông dụng nay, dùng nhiều ứng dụng trở thành phần thiếu sống đại, từ ứng dụng điện thoại, đến chương trình chun mơn Việc chuyển định dạng thơng tin sử dụng bit cách thể liệu gốc, xác định thông tin không cần thiết loại bỏ chúng, cần thiết giảm nguồn tài nguyên dung lượng lưu trữ hay băng thông đường truyền Trong thời đại, người có nhu cầu lưu trữ hình ảnh nhiều hơn, nên phương pháp nén ảnh DCT giúp người dùng lưu trữ nhiều hình ảnh mà không cần phải tốn nhiều dung lượng nhớ thiết bị, lưu lại chất lượng hình ảnh tốt 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 1.2.1 Nhiệm vụ - Đưa sở lý thuyết - Tiến hành nghiên cứu thuật toán loại mã DCT - Đưa nguyên tắc mã hóa tốn mã hóa - Thiết kế giao diện chạy thử - Đánh giá ưu điểm nhược điểm phương pháp - Nghiên cứu phát triển thuật toán tối ưu - Nắm kiến thức phương pháp nén ảnh từ thiết kế lập trình giao diện nén ảnh mã DCT giao diện GUI Matlab 1.2.2 Mục tiêu - Vận dụng kiến thức học để lập trình code nén ảnh mã DCT - Thiết kế giao diện nén ảnh yêu cầu đề tài - Thiết kế giao diện Matlab đẹp dễ sử dụng ... chúng tơi thực đ? ?? tài ? ?Tìm hiểu xây dựng ứng dụng nén ảnh JPEG Matlab? ?? TRUYỀN THƠNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung TĨM TẮT Nén ảnh đ? ?? tài nghiên cứu thông dụng nay, dùng nhiều ứng dụng trở thành... QUAN VỀ Đ? ?? TÀI 1.1 Lý chọn đ? ?? tài Nén ảnh đ? ?? tài nghiên cứu thông dụng nay, dùng nhiều ứng dụng trở thành phần thiếu sống đ? ??i, từ ứng dụng điện thoại, đ? ??n chương trình chun mơn Việc chuyển đ? ??nh...TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆNGVHD: Nguyễn Thùy Dung LỜI CẢM ƠN  ? ?ề hồn thành khóa luận với đ? ?? tài ? ?Tìm hiểu xây dựng ứng dụng nén ảnh JPEG Matlab? ??, bên cạnh nỗ lực thân vận dụng kiến thức