Với hiệu quả nộn cao, nộn ảnh cú tổn hao phự hợp với mụi trường truyền thụng như cỏc ảnh trờn web.1.1.4 Cỏc bước xử lý của một hệ thống nộn ảnh trong truyền thụng Trang 19 Hỡnh 1-1: Sơ
NGUYN TH HOA giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học công nghệ thông tin ngành : công nghệ th«ng tin NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM GIẢI THUẬT NÉN ẢNH TIÊN TIẾN (ADVANCED IMAGE CODING) TRONG TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THỊ HOA 2007 - 2009 Hµ Néi 2009 Hµ Néi 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205164301000000 giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học NGHIÊN CỨU VÀ THỬ NGHIỆM GIẢI THUẬT NÉN ẢNH TIÊN TIN (ADVANCED IMAGE CODING) TRONG TRUYN THễNG ngành : công nghƯ th«ng tin NGUYỄN THỊ HOA Người hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN THỊ HỒNG LAN Hµ Néi 2009 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT LUẬN VĂN ABSTRACT BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT 10 DANH SÁCH CÁC HÌNH VÀ BẢNG BIỂU 11 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NÉN ẢNH TRONG TRUYỀN THÔNG 14 1.1 Khái quát phương pháp nén ảnh 14 1.1.1 Phân loại ảnh số 14 1.1.1.1 Phân loại ảnh theo liệu 14 1.1.1.2 Phân loại ảnh theo tông màu 14 1.1.2 Nhu cầu nén ảnh truyền thông 15 1.1.3 Các phương pháp nén ảnh 16 1.1.4 Các bước xử lý hệ thống nén ảnh truyền thông 16 1.1.4.1 Các bước xử lý trình nén ảnh truyền thông 17 1.1.4.2 Các bước xử lý trình giải nén truyền thông 18 1.2 Một số độ đo chất lượng nén ảnh 19 1.2.1 Tỷ số nén tốc độ bit 19 1.2.2 Độ phức tạp thời gian thực 20 1.2.3 Các độ đo tổn hao 20 1.3 Phương pháp nén ảnh theo chuẩn JPEG 22 1.3.1 Giới thiệu chung chuẩn nén ảnh JPEG 22 1.3.2 Các kiểu nén ảnh theo chuẩn JPEG 23 1.3.3 Kỹ thuật nén ảnh JPEG sở (Baseline JPEG) 26 1.3.3.1 Chuyển đổi không gian màu 26 1.3.3.2 Sắp xếp liệu ảnh gốc 27 1.3.3.3 Thuật toán nén ảnh JPEG sở 28 1.3.3.4 Ví dụ minh họa thuật toán nén ảnh JPEG sở 33 1.3.4 Nén chất lượng ảnh JPEG 37 1.4 Phương pháp nén ảnh theo chuẩn JPEG2000 38 1.4.1 Giới thiệu chung chuẩn nén ảnh JPEG2000 38 1.4.2 Các phần chuẩn JPEG2000 (JPEG2000 part) 40 1.4.3 Tìm hiểu kỹ thuật nén theo chuẩn JPEG2000 Phần 41 1.4.3.1 Biến đổi wavelet 42 1.4.3.2 Lượng tử hoá 45 1.4.3.3 Mã hóa Entropy 45 1.4.4 Nén chất lượng ảnh JPEG2000 46 1.5 Phương pháp nén ảnh theo chuẩn H.264 47 1.5.1 Giới thiệu chung chuẩn nén ảnh H.264 47 Trang 2/125 1.5.2 Tìm hiểu thuật tốn nén ảnh theo chuẩn H.264 48 1.5.2.1 Quá trình nén theo chuẩn H.264 48 1.5.2.2 Quá trình giải nén theo chuẩn H.264 50 1.5.3 Nén chất lượng nén theo chuẩn H.264 50 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH TIẾN TIẾN (ADVANCED IMAGE CODING) 51 2.1 Giới thiệu phương pháp nén ảnh tiên tiến (Advanced Image Coding) 51 2.1.1 Khái niệm 51 2.1.2 Đặc điểm phương pháp nén ảnh tiên tiến 52 2.2 Nghiên cứu thuật toán nén ảnh theo phương pháp tiên tiến 52 2.2.1 Giới thiệu thuật toán nghiên cứu 52 2.2.1.1 Đặc điểm thuật toán AIC 52 2.2.1.2 Sơ đồ khối thuật toán AIC 53 2.2.2 AIC – Chuyển đổi màu (Color conversion) 54 2.2.3 AIC – Dự đoán khối (Block Prediction) 56 2.2.3.1 Các kiểu dự đoán khối (Prediction mode) 57 2.2.3.2 Các khối phần dư (Residual Blocks) 60 2.2.4 AIC – Biến đổi Cosine rời rạc lượng hóa 61 2.2.4.1 DCT chiều (1-Dimensional DCT) 61 2.2.4.2 DCT 2-Chiều (2-Dimensional DCT) 64 2.2.4.3 Lượng hóa (Quantisation) 65 2.2.5 AIC – Mã hóa số học nhị phân thích nghi ngữ cảnh 65 2.2.5.1 cabAC – mã hóa số học (Arithmetic Coding) 65 2.2.5.2 caBac – nhị phân (Binary) 69 2.2.5.3 CAbac – Thích nghi ngữ cảnh (Context Adaptive) 70 2.3 Nén chất lượng ảnh AIC 71 CHƯƠNG 3: THỬ NGHIỆM, CÀI ĐẶT VÀ ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN NÉN ẢNH TIÊN TIẾN 73 3.1 Tìm hiểu công cụ thử nghiệm 73 3.1.1 Mơi trường cơng cụ phát triển chương trình 73 3.1.1.1 Ngơn ngữ lập trình Delphi 73 3.1.1.2 Môi trường lập trình tích hợp Borland Delphi Enterprise 74 3.1.2 Đặc tả chức gốc chương trình “AIC.exe” 74 3.1.3 Tìm hiểu kiến trúc cài đặt chương trình 77 3.1.4 Tìm hiểu cài đặt chi tiêt dự đoán khối 82 3.2 Thử nghiệm phân tích kết thực thuật tốn 88 3.2.1 Tiêu chí đánh giá thuật toán thử nghiệm 88 3.2.2 Kịch thử nghiệm 94 3.2.2.1 Kịch 94 3.2.2.2 Kịch 95 3.2.2.3 Kịch 96 3.2.2.4 Kịch 98 3.2.2.5 Kịch 98 Trang 3/125 3.2.3 Tiến hành cài đặt chương trình để thực theo kịch thử nghiệm 99 3.2.3.1 Yêu cầu cài đặt để thử nghiệm chương trình theo kịch 99 3.2.3.2 Cài đặt chương trình theo yêu cầu thử nghiệm 100 3.2.4 Tiến hành thử nghiệm theo kịch 103 3.2.4.1 Các file ảnh gốc dùng để thử nghiệm 103 3.2.4.2 Thử nghiệm theo kịch 105 3.2.4.3 Thử nghiệm theo kịch 107 3.2.4.4 Thử nghiệm theo kịch 110 3.2.4.5 Thử nghiệm theo kịch 112 3.2.4.6 Thử nghiệm theo kịch 116 3.2.5 Tổng hợp kết phân tích, đánh giá 120 KẾT LUẬN 123 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 Trang 4/125 LỜI CẢM ƠN Luận văn “Nghiên cứu thử nghiệm giải thuật nén ảnh tiên tiến (Advanced Image Coding) truyền thơng” hồn theo theo nội dung kế hoạch đề với giúp đỡ, góp ý động viên nhiều cá nhân, đoàn thể Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan, giảng viên khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, hướng dẫn, bảo, động viên khích lệ em tận tình q trình học tập, nghiên cứu để hoàn thành luận văn Những kiến thức mà cô bổ sung, định hướng mà cô dẫn lời động viên, khích lệ cô thời gian làm luận văn giúp em đạt thành ngày hôm Em xin chân thành cảm ơn cô! Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, dạy giúp đỡ em hoàn thành nhiệm vụ học tập Cuối cùng, xin cảm ơn người bạn, người đồng nghiệp thân thiết thường xuyên động viên, khích lệ tạo điều kiện cho thời gian làm luận văn Mặc dù có nhiều cố gắng hoàn thành luận văn, nhiên, thời gian kiến thức có hạn thân tác giả nên chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót Rất mong thầy bạn đọc góp ý để tác giả tiếp tục hoàn thiện phát triển luận văn có điều kiện Tác giả Nguyễn Thị Hoa Trang 5/125 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất nội dung luận văn kết trình nghiên cứu tìm hiểu thân tơi, bảo giáo viên hướng dẫn PSG.TS Nguyễn Thị Hồng Lan, mơn Mạng truyền thơng, khoa Công nghệ thông tin, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các kết nêu luận văn trung thực, khơng chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2009 Tác giả Nguyễn Thị Hoa Trang 6/125 LỜI NÓI ĐẦU Đúng tên gọi luận văn “Nghiên cứu thử nghiệm giải thuật nén ảnh tiên tiến (Advanced Image Coding) truyền thơng”, mục đích luận văn tìm hiểu, nghiên cứu thuật tốn nén ảnh tiên tiến thuật toán nén ảnh phát triển, chưa trở thành chuẩn nén ảnh sử dụng rộng rãi, có nhiều ưu điểm phù hợp với lĩnh vực truyền thông Ngày nay, đời chuẩn nén ảnh tiếng JPEG, JPEG2000, H.264 phần đáp ứng nhu cầu lưu trữ, trao đổi ảnh truyền thông ngày lớn mạnh Tuy nhiên, thân phương pháp nén ảnh theo chuẩn số hạn chế, chưa hoàn toàn phù hợp với nén ảnh truyền thơng Chẳng hạn JPEG có ưu điểm thuật toán đơn giản, dễ cài đặt, lại hạn chế khả nén thấp, chất lượng ảnh chưa tốt JPEG2000 chuẩn nén đời, khắc phục hạn chế JPEG thân lại có hạn chế lớn thuật tốn q phức tạp khơng ổn định Do đó, lĩnh vực nén ảnh tiếp tục phát triển để đưa phương pháp nén ảnh phù hợp cho truyền thông Đây nguyên nhân đời phương pháp nén ảnh tiên tiến AIC (Advanced Image Coding) mà luận văn tìm hiểu sở thực tiễn luận văn Nội dung luận văn trình bày theo chương sau: Chương – Tổng quan nén ảnh truyền thơng: trình bày kiến thức tảng ảnh nén ảnh truyền thông, trình bày kỹ phương pháp nén ảnh theo ba chuẩn nén ảnh tiếng JPEG, JPEG2000 H.264 Chương – Phương pháp nén ảnh tiên tiến: trình bày nội dung lý thuyết phương pháp nén ảnh tiên tiến sâu tìm hiểu thuật toán nén ảnh tiên tiến AIC Chương – Thử nghiệm cài đặt đánh giá thuật tốn nén ảnh tiên tiến: trình bày kết tìm hiểu cơng cụ thử nghiệm, xây dựng, cài đặt kịch Trang 7/125 thử nghiệm, đánh giá thuật tốn nén ảnh AIC so sánh với thuật toán nén ảnh JPEG, JPEG2000 Tác giả Nguyễn Thị Hoa Trang 8/125 TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn “Nghiên cứu thử nghiệm giải thuật nén ảnh tiên tiến (Advanced Image Coding) truyền thông” xuất phát từ yêu cầu tìm hiểu, đánh giá phương pháp nén ảnh mới, có khả ứng dụng cao truyền thơng Do đó, luận văn trình bày số lý thuyết nén ảnh số chuẩn nén ảnh dùng phổ biến JPEG, JPEG2000 H.264 để cung cấp nhìn tổng quan nén ảnh phương pháp nén ảnh truyền thông Phần nội dung luận văn sâu tìm hiểu kỹ lý thuyết phương pháp nén ảnh tiên tiến thuật toán nén ảnh theo phương pháp Luận văn so sánh, phân tích, đánh giá hiệu nén phương pháp nén ảnh tiên tiến dựa kết thử nghiệm nén ảnh theo kịch mà luận văn xây dựng Công cụ để tiến hành thử nghiệm luận văn chương trình tác giả luận văn phát triển thêm từ phần mềm mã nguồn mở “AIC”, phần mềm cài đặt thuật toán nén ảnh tiên tiến tải từ trang web http://www.bilsen.com/aic/