phân tích phương pháp biến đổi cosin rời rạc để nén ảnh trong truyền hình kỹ thuật số

LỜI MỞ ĐẦU Truyền hình nói chung đã và đang đáp ứng được rất nhiều nhu cầu thiết yếu của con người như : giải trí, giáo dục, văn hóa, chính trị, nghệ thuật…Cùng với sự phát triển khoa học kĩ thuật, truyền hình đã liên tục được cải tiến từ những hệ thồng truyền hình sơ khai,truyền hình đen trắng, truyền hình màu và truyền hình số ra đời đã có một sự phát triển nhảy vọt về chất bằng việc số hoá tín hiệu truyền hình. Công nghệ truyền hình số ra đời có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với truyền hình tương tự như: tính chống nhiễu cao, chất lượng âm thanh, hình ảnh tốt và đồng đều, dàn dựng được nhiều kỹ xảo phức tạp mà truyền hình tương tự không thể thực hiện được. Nhất là trong các yêu cầu về truyền dẫn, phát, lưu trữ dữ liệu, tín hiệu truyền hình từ ảnh đen trắng, ảnh đen trắng lồng tiếng, ảnh mầu có lồng tiếng và việc quảng bá đòi hỏi phải ghép các tín hiệu thành phần thành tín hiệu của một kênh duy nhất. Sau đó, nhu cầu về các dịch vụ truyền hình đa chức năng (multimedia) và tương tác hai chiều giữa trung tâm phát hình và người sử dụng đòi hỏi độ rộng kênh truyền phải lớn mà dải thông của các kênh thông tin hạn chế. Do vậy để đáp ứng nhu cầu về truyền dẫn và lưu giữ thông tin ngày càng tăng trưởng mạnh mẽ theo hàm mũ, bên cạnh việc nghiên cứu và áp dụng các công nghệ thông tin mới thì việc áp dụng các kỹ thuật nén dữ liệu cũng đóng vai trò quyết định. Trong những năm gần đây, có rất nhiều các phương pháp đã và đang được nghiên cứu rộng rãi để thực hiện nén ảnh. Tất cả đều với một mục đích chung là làm thế nào để biểu diễn một ảnh với ít bit nhất để có thể tối thiểu hoá dung lượng kênh truyền và không gian lưu trữ trong khi vẫn giữ được tính trung thực của ảnh. Điều này tương đương với việc biểu diễn ảnh có độ tin cậy cao nhất với tốc độ bit nhỏ nhất.Để hiểu sâu hơn về lĩnh vực nén dữ liệu đặc biệt là nén ảnh số, em đã chọn đề tài:"PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSIN RỜI RẠC ĐỂ NÉN ẢNH TRONG TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ" làm đề tài bảo vệ tốt nghiệp. Nội dung đề tài gồm 3 chương là: +Chương I: Tổng quan về truyền hình kỹ thuật số và vấn đề nén ảnh số. +Chương II: Quá trình nén ảnh số dựa trên phép biến đổi cosin rời rạc. 1 +Chương III: Mô phỏng biến đổi cosine rời rạc hai chiều (DCT2-D) trong quá trình nén ảnh số. Trong quá trình làm đồ án em đã hết sức cố gắng tìm hiểu cùng với sự hướng dẫn tận tình của TS. Lê Quốc Vượng em đã hoàn thành đề tài kịp thời gian quy định. Tuy nhiên do thời gian có hạn, sự hiểu biết còn hạn chế, đồ án của em mới chỉ dừng lại ở những khái quát cơ bản và chắc chắn không tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý chân thành của các thầy, các cô. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên Nguyễn Văn Chiến 2 CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ VẤN ĐỀ NÉN ẢNH SỐ 1.1 Tổng quan về truyền hình số 1.1.1 Hệ thống truyền hình số Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mới mà tất cả các thiết bị kỹ thuật từ Studio cho đến máy thu đều làm việc theo nguyên lý kỹ thuật số. Trong đó, một hình ảnh quang học do camera thu được qua hệ thống ống kính, thay vì được biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên sẽ được biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân (dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến đổi tương tự số (Analog - Digital). Quá trình số hoá tín hiệu phải trải qua 3 công đoạn: lấy mẫu, lượng tử hoá, số hoá. Tín hiệu video theo chuẩn OIRT có tần số nhỏ hơn hoặc bằng 6 MHz, để đảm bảo tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng 12 MHz, với số hoá 8 bit/s để truyền tải đầy đủ thông tin 1 tín hiệu video thành phần với độ phân giải tiêu chuẩn thì tốc độ bit phải lớn hơn 200 bit/s. Với truyền hình độ phân giải cao (HDTV) tốc độ bit phải lớn hơn 1 Gbit/s. Dung lượng này quá lớn các kênh truyền hình thông thường không có khả năng truyền tải. Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình kỹ thuật số được đưa ra như sau: Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình kỹ thuật số Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự. Trong thiết bị mã hoá (biến đổi A/D), tín hiệu hình sẽ được biến đổi thành thiết bị truyền hình số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệ thống 3 Biến đổi A/D Biến đổi D/A Mã hóa nguồn Giải mã hóa nguồn Mã hoá kênh Giải mã hoá kênh Điều chế Giải điều chế Kênh thông tin Thiết bị phát Thiết bị thu Tín hiệu truyền hình analog Tín hiệu truyền hình analog truyền hình được lựa chọn. Tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị phát. Sau đó tín hiệu truyền hình số được đưa tới bên thu qua kênh thông tin. Tại bên thu tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát. Bộ giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu truyền hình tương tự. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hoá và giải mã tín hiệu truyền hình. Khi truyền qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số được mã hoá kênh. Mã hoá kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin. Thiết bị mã hoá kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin. Khi tín hiệu truyền hình số được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến đổi trên được gọi là bộ điều chế và giải điều chế. Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát. Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu truyền hình tương tự. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa và giải mã tín hiệu truyền hình. 1.1.2 Đặc điểm của hệ thống truyền hình kỹ thuật số Thiết bị truyền hình số dùng trong chương trình truyền hình là thiết bị nhiều kênh. Ngoài tín hiệu truyền hình, còn có các thông tin kèm theo là các kênh âm thanh và các thông tin phụ như các tín hiệu điện báo, thời gian chuẩn, tần số kiểm tra, hình ảnh tĩnh…Tất cả các tín hiệu này được ghép vào các khoảng trống của đường truyền nhờ bộ ghép kênh. Truyền tín hiệu truyền hình số được thực hiện khi có sự tương quan giữa các kênh tín hiệu, thông tin đồng bộ sẽ được truyền đi để đồng bộ các tín hiệu đó. Để kiểm tra tình trạng của thiết bị truyền hình số sử dụng các thiết bị đo kiểm tra như đối với truyền hình tương tự, thông qua đo kiểm tra tín hiệu chuẩn. a. Yêu cầu về băng tần Tín hiệu số yêu cầu về băng tần rộng hơn rất nhiều so với tín hiệu tương tự. Ví dụ đối với tín hiệu tổng hợp yêu cầu tần số lấy mẫu phải bằng 4f sc như đối với hệ NTSC là 14,4 MHz. Nếu thực hiện mã hoá 8 bit/mẫu, tốc độ dòng bít sẽ là 115,2 Mbit/s, độ rộng băng tần khoảng 58 MHz. Trong khi đó tín hiệu tương tự cần 1 băng tần 4,2 MHz. Biện pháp khắc phục sẽ là nén tín hiệu. b. Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (S/N) Nhiễu tạp âm trong hệ thống tương tự có tính chất cộng các nguồn nhiễu thành phần gây ra, vì vậy luôn nhỏ hơn tỷ lệ S/N của khâu có tỷ lệ thấp nhất. 4 Đối với tín hiệu số nhiễu là các bít lỗi được khắc phục bằng mạch sửa lỗi. Khi có quá nhiều bít lỗi, sự ảnh hưởng của nhiễu được làm giảm bằng cách che lỗi, tỷ số S/N của hệ thống sẽ giảm rất ít hoặc không đổi trừ trường hợp tỷ lệ lỗi quá lớn làm cho mạch sửa lỗi mất tác dụng khi đó dòng bít không còn ý nghĩa tin tức. Ý nghĩa: tính chất này của hệ thống số đặc biệt có ích cho việc sản xuất chương trình truyền hình với các chức năng biên tập phức tạp cần nhiều lần đọc và ghi. Việc truyền tín hiệu qua nhiều chặng cũng được thực hiện rất thuận lợi với tín hiệu số mà không làm suy giảm chất lượng hình. c. Méo phi tuyến Tín hiệu số không bị ảnh hưởng của méo phi tuyến trong quá trình ghi và truyền. Cũng như đối với tỷ lệ S/N tính chất này rất quan trọng trong quá trình ghi đọc nhiều lần. d. Chồng phổ (Aliasing) Một tín hiệu số được lấy mẫu theo cả chiều ngang và chiều dọc nên có khả năng xảy ra chồng phổ theo cả 2 hướng. Theo chiều dọc chồng phổ trong hệ thống tương tự và số là như nhau. Độ lớn của méo chồng phổ theo chiều ngang phụ thuộc vào thành phần tần số vượt quá tần số lấy mẫu giới hạn Nyquist. Để ngăn ngừa hiện tượng chồng phổ theo chiều ngang có thể thực hiện bằng cách sử dụng tần số lấy mẫu bằng 2 lần tần số cao nhất trong hệ thống tương tự. e. Giá thành và độ phức tạp Các thiết bị số hiện nay có xu hướng nhỏ gọn dễ sử dụng và giá thành rẻ. Nâng cao tính tương thích và tích hợp nhiều công nghệ cao trong 1 sản phẩm. f. Xử lý tín hiệu Tín hiệu số có thể được chuyển đổi và xử lý tốt các chức năng mà hệ thống tương tự không làm được hoặc gặp nhiều khó khăn. Có thể thao tác các công việc phức tạp mà không làm giảm chất lượng hình ảnh. Khả năng này được tăng cường nhờ khả năng lưu trữ các bít trong bộ nhớ và có thể đọc ra với tốc độ cao. Công việc tín hiệu số có thể thực hiện dễ dàng là: sửa lỗi gốc thời gian, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần. g. Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở 1 khoảng cách gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không bị nhiễu. Một phần vì tín hiệu số ít chịu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh, một phần là do khả năng thay 5 thế xung hoá và xung đồng bộ bằng các từ mã nơi mà hệ thống tương tự gây ra nhiễu lớn nhất. h. Hiện tượng bóng ma (Ghosts) Hiện tượng này xảy ra trong hệ thống tương tự do tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đường. Việc tránh nhiễu đồng kênh của hệ thống số cũng làm giảm đi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá. 1.1.3 Cấu trúc và tiêu chuẩn lấy mẫu A. Các cấu trúc lấy mẫu: A1. Cấu trúc trực giao Hình 1.2 Cấu trúc trực giao Các mẫu được sắp xếp trên các dòng kề nhau, thẳng hàng theo chiều đứng. Cấu trúc này được cố định theo dòng và theo 2 ảnh (2 mành) Trong trường hợp này tần số lấy mẫu thoả mãn định lý Nyquist, do đó tốc độ bit sử dụng rất lớn. A2. Cấu trúc ‘quincunx’ mành Hình 1.3 Cấu trúc ‘quincunx’ mành 6 Dòng 1,mành 2 Dòng 2,mành 2 Dòng 2,mành 1 Dòng 1,mành 1 Dòng 1,mành 2 Dòng 2,mành 2 Dòng 2,mành 1 Dòng 1,mành 1 Các mẫu trên các dòng kề nhau thuộc 1 mành xếp thẳng hàng theo chiều đứng (trực giao), nhưng các mẫu thuộc mành 1 lại dịch đi một nửa chu kỳ lấy mẫu so với các mẫu mành thứ 2. Phân bố phổ tần của các cấu trúc quincunx mành rất có ý nghĩa đối với mành 1, nó cho phép giảm tần số lấy mẫu theo dòng. Phổ tần cấu trúc nói trên của mành 2 so với phổ mành 1 bị dịch và có thể lồng với phổ tần cơ bản, gây ra méo ở các chi tiết ảnh (khi hình ảnh có các sọc hoặc các đường thẳng đứng) A3. Cấu trúc ‘quincunx’ dòng Hình 1.4 Cấu trúc ‘quincunx’ dòng Các mẫu trên các dòng kề nhau của 1 mành sẽ lệch nhau nửa chu kỳ lấy mẫu, các mẫu trên dòng của 2 mành kế tiếp sẽ lệch nhau nửa chu kỳ lấy mẫu. Cấu trúc này không xảy ra trường hợp lồng các phổ biên với phổ chính và không bị méo. Điều này cho phép sử dụng tần số lấy mẫu nhỏ hơn 25% tần số Nyquist, tiết kiệm được độ rộng của tín hiệu số. Tuỳ theo cấu trúc lấy mẫu sẽ xuất hiện loại méo ảnh đặc trưng. Với cấu trúc trực giao độ phân giải ảnh sẽ giảm. Đối với cấu trúc ‘quincunx’ mành sẽ xuất hiện nhấp nháy các điểm ảnh. Cấu trúc ‘quincunx’ dòng sẽ xuất hiện các vòng tròn theo chiều ngang (méo đường biên). Như vậy cấu trúc trực giao có nhiều ưu điểm hơn, nó cho chất lượng ảnh cao nhất vì đối với mắt người độ phân giải giảm còn dễ chấp nhận hơn 2 loại méo kể trên. B. Các tiêu chuẩn lấy mẫu Có nhiều tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video số thành phần, điểm khác nhau chủ yếu ở tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu và phương pháp lấy mẫu tín hiệu chói và các tín hiệu màu, trong đó bao gồm: tiêu chuẩn 4:4:4; 4:2:2; 4:2:0; 4:1:1. Các định dạng số video có nén chỉ lấy mẫu cho các dòng tích cực của video. B1. Tiêu chuẩn 4:4:4 Mẫu tín hiệu chỉ được lấy đối với các phần tử tích cực của tín hiệu video. Với hệ PAL màn hình sẽ được chia làm 625 × 720 điểm (pixel) 7 Dòng 1,mành2 Dòng 2,mành 2 Dòng 2,mành 1 Dòng 1,mành 1 Hình 1.5 Tiêu chuẩn 4:4:4 Các tín hiệu chói Y, tín hiệu màu (C R , C B ) được lấy mẫu tại tất cả các điểm lấy mẫu trên dòng tích cực của tín hiệu video. Cấu trúc lấy mẫu là cấu trúc trực giao, vị trí lấy mẫu minh hoạ như hình trên. Tiêu chuẩn 4:4:4 có khả năng khôi phục hình ảnh chất lượng tốt nhất trong số các tiêu chuẩn, thuận tiện cho việc xử lý tín hiệu. Tiêu chuẩn này có thể dùng trong trường hợp xử lý tín hiệu chói và tín hiệu màu R, G, B. Nó có thể được dùng trong studio nhằm rời rạc hoá tín hiệu. Tuy nhiên tiêu chuẩn này sẽ đòi hỏi tốc độ bit rất cao. Các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế đã thống nhất về chỉ tiêu tần số lấy mẫu cho truyền hình số theo tiêu chuẩn này với tên gọi CCIR-601. Với chuẩn 4:4:4 tốc độ dòng dữ liệu (ví dụ cho hệ PAL) được tính như sau: + Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 720 + 720) x 576 x 8 x 25 = 249 Mbit/s + Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 720 + 720) x 576 x 10 x 25 = 311 Mbit/s B2. Tiêu chuẩn 4:2:2 Điểm đầu lấy mẫu toàn bộ 3 tín hiệu: chói Y và tín hiệu màu (C R , C B ). Điểm kế tiếp chỉ lấy mẫu tín hiệu chói Y, còn 2 tín hiệu màu không lấy mẫu. Khi giải mã màu suy ra từ màu của điểm ảnh trước. Điểm sau nữa là lấy mẫu đủ 3 tín hiệu Y, C R , C B Tuần tự như thế cứ 4 lần lấy mẫu tín hiệu chói Y, thì 2 lần lấy mẫu C R , 2 lần lấy mẫu C B tạo nên cơ cấu 4:2:2 8 Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y Điểm lấy mẫu màu đỏ C R Điểm lấy mẫu màu lam C B Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y Điểm lấy mẫu màu đỏ C R Điểm lấy mẫu màu lam C B Hình 1.6 Tiêu chuẩn 4:2:2 Đối với hệ PAL tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn này được tính như sau: + Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 360 + 360) x 576 x 8 x 25 = 166 Mbit/s + Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 360 + 360) x 576 x 10 x 25 = 207 Mbit/s Tiêu chuẩn 4:2:2 là tiêu chuẩn cơ bản của truyền hình số. Chất lượng hình ảnh của tiêu chuẩn này cao hơn sau 4:4:4. Nó cho phép xử lý tín hiệu 1 cách thuận lợi. B3. Tiêu chuẩn 4:2:0 Theo chuẩn này tín hiệu Y được lấy mẫu tại tất cả các điểm ảnh của dòng, còn tín hiệu màu thì cứ cách 1 điểm sẽ lấy mẫu cho 1 tín hiệu màu. Tín hiệu hiệu màu được lấy xen kẽ, nếu hàng chẵn lấy mẫu cho tín hiệu màu C R , thì dòng lẻ sẽ lấy mẫu cho tín hiệu hiệu màu C B Đối với hệ PAL tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn này được tính như sau: + Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 360) × 576 × 8 × 25 = 124,4 Mbit/s + Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 360) × 576 × 10 × 25 = 155,5 Mbit/s Hình 1.7 Tiêu chuẩn 4:2:0 B4. Tiêu chuẩn 4:1:1 Điểm ảnh đầu lấy mẫu đủ Y, C R , C B Ba điểm ảnh tiếp theo chỉ lấy Y không lấy mẫu C R , C B Khi giải mã màu của 3 điểm ảnh sau phải suy ra từ điểm ảnh đầu. Tuần tự như thế cứ 4 lần lấy mẫu Y, một lần lấy mẫu C B. 9 Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y Điểm lấy mẫu màu đỏ C R Điểm lấy mẫu màu lam C B Hình1.8 Tiêu chuẩn 4:1:1 Đối với hệ PAL tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn này được tính như sau: + Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 180 + 180) × 576 × 8 × 25 = 124,4 Mbit/s + Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 180 + 180) × 576 × 10 × 25 = 155,5 Mbit/s Tiêu chuẩn này cho chất lượng hình ảnh tương đối thấp, thường được dùng cho điện thoại truyền hình. Nhận xét: Ta nhận thấy rằng, với các tiêu chuẩn khác nhau thì tốc độ dòng bit khác nhau. Với tiêu chuẩn cho tốc độ dòng bít thấp thì giá phải trả đó là giảm chất lượng hình ảnh. Phương pháp này không được áp dụng rộng rãi trong truyền hình nhất là trong truyền hình số. Có một phương pháp làm giảm tốc độ dòng bít mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh truyền đi đó là giảm lượng dư thừa thông tin trong tín hiệu (hình ảnh) cần truyền hay chính là nén ảnh. 1.1.4 Ảnh số a. Giới thiệu Đứng trên góc độ cảm nhận thị giác, ảnh là một sự vật đại diện cho người, sinh vật hay một đồ vật nào đó… Đứng trên góc độ kỹ thuật thì ảnh được nhận biết thông qua hệ thống thị giác hai chiều. Ảnh động như đã thấy trệ truyền hình, phim ảnh là tập hợp của rất nhiều ảnh tĩnh liên tiếp. Khi một ảnh được số hóa thì nó trở thành ảnh số và ảnh số này lại là một tập của các phần tử ảnh nhỏ được gọi là điểm ảnh “ pixel”. Ta có các loại ảnh: + Ảnh Index: Ảnh được biểu diễn bởi hai ma trận, một ma trận dữ liệu ảnh X và một ma trận màu (còn gọi là bản đồ màu) map. Ma trận dữ liệu có thể thuộc kiểu uint8, uint16 hoặc double. Ma trận màu là một ma trận kich thước m x 3 gồm các thành phần thuộc kiểu double có giá trị trong khoảng [0 1]. Mỗi hàng của ma trận xác định thành phần red, green, blue của một màu trong tổng số m màu được sử dụng trong ảnh. Giá trị của một phần tử trong ma trận dữ liệu ảnh cho biết màu của điểm ảnh đó nằm ở hàng nào trong ma trận màu. 10 Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y Điểm lấy mẫu màu đỏ C R Điểm lấy mẫu màu lam C B [...]... tập bất kỳ trong số 255 giá trị này Khả năng tạo thành các phần khác nhau cho nhiều thành phần liên kết tách rời nhau của một ảnh là rất quan trọng trong tự động phân tích ảnh Ngoài ra, nghiên cứu các đặc điểm này của các pixel trong ảnh truyền hình sẽ cho phép tạo ra các thuật toán loại bỏ các thành phần dư thừa trong pixel trong các tiêu chuẩn nén video và xử lý ảnh 1.2 Kỹ thuật nén ảnh số Trong tất... Nhưng phương pháp KL có nhược điểm là không có 1 thuật toán biến đổi nhanh tổng quát, nói cách khác là nó không thông dụng cho tất cả các ứng dụng của việc nén ảnh số Do đó người ta đã nghiên cứu và đưa ra phương pháp chuyển đổi gần tối ưu để thay thế và là phương pháp thông dụng nhất đó là phương pháp biến đổi DCT (Discrete Cosin Transform) 2.1.3 Lượng tử hóa khối DCT Bước tiếp theo của quá trình nén ảnh. .. gian tại các tần số khác nhau Cách tiếp cận như vậy còn được gọi là: phân tích đa phân giải – MRA (Multi Resolution Analysis): phân tích tín hiệu ở các tần số khác nhau và cho các độ phân giải khác nhau 27 MRA khi phân tích tín hiệu cho phép: phân giải thời gian tốt và phân giải tần số kém ở các tần số cao; phân giải tần số tốt và phân giải thời gian kém ở các tần số thấp Như vậy kỹ thuật này rất thích... hơn Trong trường hợp ngược lại, có nghĩa là bộ nhớ đệm chứa số liệu quá ít, thì việc lượng tử hóa các hệ số sẽ tăng lên 23 CHƯƠNG II QUÁ TRÌNH NÉN ẢNH DỰA TRÊN BIẾN ĐỔI COSIN RỜI RẠC (DCT) 2.1 Nguyên lý chung của nén ảnh dựa trên các phép biến đổi VLC Khối DCT được lượngtử Khối 88 các điểm chói RLC Bảng trọng số ảnh gốc Định dạng khối và cấu trúc khối Bảng Huffman Phân lớp năng lượng khối Biến đổi. .. sai số ở tần số cao Bởi vậy,có thể sử dụng bước lượng tử thô cho các hệ số ứng với tần số cao mà không làm giảm sút chất lượng ảnh khôi phục Hình vẽ sau đây minh hoạ quá trình mã hoá chuyển đổi cho ảnh số: 18 Hình1 .12 Quá trình mã hóa chuyển đổi hai chiều Hình1 .13 quá trình giải mã chuyển đổi hai chiều Ảnh số được chia thành các khối cỡ pxq Các khối này sẽ được chuyển đổi sang miền tần số Các hệ số biến. .. ảnh -Nguyên lý hoạt động: +Cách hoạt động của bộ mã hóa, phụ thuộc vào loại hình ảnh, là mã hóa tại thời điểm đang xét Ta thấy rằng nén MPEG là sự kết hợp giữa nén trong ảnh và nén liên ảnh Dạng thức đầu vào là Rec-601 4:2:2 hoặc 4:2:0 được nén liên ảnh trước tạo ra được ảnh khác biệt ở đầu ra bộ cộng Ảnh này sau đó lại được nén trong ảnh qua các bước: biến đổi DCT, lượng tử hóa, mã hóa Cuối cùng ảnh. .. loại ảnh quét Nếu quét liên tục thì các block bao gồm các mẫu từ các dòng liên tục Ngược lại trong trường hợp quét xen kẽ, trong 1 block chỉ có các mẫu của 1 nửa ảnh Việc chia ảnh thành các ảnh con (block,MB) sẽ thực sự có ý nghĩa cho bước chuyển vị tiếp theo 2.1.2 Khối phép biến đổi Một số phép biến đổi ảnh được sử dụng: a Biến đổi Fourier: Biến đổi Fourier – FT (Fourier Transform) là một phép biến đổi. .. đi lặp lại các điểm ảnh trong ảnh số xuất hiện là do sự tương quan giữa các điểm ảnh, đặc biệt đối với ảnh 2 mức Từ sự lặp đi lặp lại này 1 phương pháp nén đã được xây dựng trên cơ sở sử dụng số lần lặp lại của các điểm ảnh, phương pháp này gọi là phương pháp RLC RLC tách chuỗi các giá trị giống nhau và biểu điễn như là 1 tổng Khi giãn giá trị này tạo lại số lần biểu diễn tổng Kỹ thuật này chỉ có thể... biến đổi sẽ được lượng tử hoá và mã hoá Quá trình giải mã sẽ áp dụng phép biến đổi ngược đối với các hệ số để hồi phục ảnh ban đầu Trong mã hoá chuyển đổi, một điều vô cùng quan trọng là phải chọn được phép biến đổi phù hợp có khả năng giảm tối đa mối quan hệ tương hỗ giữa các điểm ảnh trong cùng một khối Bản thân phép biến đổi trong mã hoá chuyển đổi không nén dữ liệu Song nếu lượng tử hoá các hệ số, ... trị hệ số lượng tử là 0 Có rất nhiều hệ số DCT sau khi lượng tử trở về giá trị 0 dẫn tới hiệu suất nén rất thấp * Phương pháp lượng tử hóa tối ưu nhất cho nén ảnh là phương pháp lượng tử có trọng số Mắt người không nhạy cảm với các thành phần tần số cao tức là kém phát hiện sai số tại những vùng ảnh có nhiều chi tiết, biến đổi nhanh Hơn nữa sự phân giải theo hướng xiên ít ảnh hưởng tới chất lượng ảnh . QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ VẤN ĐỀ NÉN ẢNH SỐ 1.1 Tổng quan về truyền hình số 1.1.1 Hệ thống truyền hình số Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mới mà tất cả các thiết bị kỹ thuật. số. +Chương II: Quá trình nén ảnh số dựa trên phép biến đổi cosin rời rạc. 1 +Chương III: Mô phỏng biến đổi cosine rời rạc hai chiều (DCT2-D) trong quá trình nén ảnh số. Trong quá trình làm đồ án. diễn ảnh có độ tin cậy cao nhất với tốc độ bit nhỏ nhất .Để hiểu sâu hơn về lĩnh vực nén dữ liệu đặc biệt là nén ảnh số, em đã chọn đề tài:"PHÂN TÍCH PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSIN RỜI RẠC ĐỂ NÉN ẢNH