Đề tài số 2 : Các phương pháp nén ảnh mất thông tin. Tập trung vào các ảnh tĩnh JPEG, lượng tử hóa vectơ

Trang 1 ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆPKHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TINSinh viên thực hiện : LỚP : ĐHTin3ANĐ Bộ môn : Truyền thông đa phương tiệnGiảng viên :Trần Bích Thảo Trang 5 Tại sa

ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Sinh viên thực hiện :

LỚP : ĐHTin3ANĐ

Bộ môn : Truyền thông đa phương tiện

Giảng viên :Trần Bích Thảo

Đề tài số 2 : Các phương pháp nén ảnh mất thông tin

Tập trung vào các ảnh tĩnh JPEG, lượng tử hóa vectơ

Khái quát chung về nén ảnh

 Tại sao lại cần nén ảnh?

-Ví dụ: camera số (4Mpixel)

Dữ liệu ban đầu – 24bits, 5.3M pixels  16M bytesM bytes

256M bytesM memory card ($30-50)  16M bytes pictures

Nén JPEG

ảnh thô

compression ratio=16M bytes  256M bytes pictures

 Phân loại phương pháp nén ảnh:

+ Nén không mất mát thông tin: các phương pháp mã hóa dữ liệu

+ Nén có mất mát thông tin: các phương pháp nén

dựa trên phép biến đổi ảnh:

Ảnh đầu vào Xử lý Mã hóa

Dòng dữ liệu 00110101

Phân loại phương pháp nén ảnh

 Nén mất thông tin và không mất thông tin

Nén

ẢNH NÉN

Giải Nén

Nén tổn thất và nén không tổn thất

 Nén mất thông tin và không mất thông tin

 Nén không mất thông tin:

Nén

ẢNH NÉN

Giải Nén

RLC

Huffman

LZW

Các phương pháp nén ảnh

mất thông tin

2

 Các phương pháp nén không mất mát thông tin không có

được một tỷ lệ nén cao cần thiết, do đó hầu hết các giải thuật nlà nén có mất mát thông tin

2.1 Khái niệm nén có mất mát thông tin:

- Dữ liệu được nén không giống với dữ liệu gốc nhưng gần

giống dữ liệu gốc

- Có tỷ lệ nén cao hơn nhiều so với các phương pháp nén không

mất mát thông tin

3 Lượng hóa – Quantization

Lượng tử hóa đều

Uniform Scalar Quantization

Lượng tử hóa không đều

Lượng tử hóa đều:

Chia biên độ xung lấy mẫu thành các khoảng đều nhau, mỗi

khoảng là một bước lượng tử đều ∆

Lượng tử hóa

Lượng tử hóa

không đều : Chia biên

độ xung lấy mẫu thành

các khoảng không đều

nhau theo nguyên tắc

khi biên độ xung lấy

mẫu càng lớn thì độ dài

bước lượng tử càng lớn.

Lượng tử hóa

Lượng tử hóa vector – Vector Quantization

vector hoặc các nhóm của các mẫu hơn là làm việc với các ký hiệu hay các mẫu riêng lẻ

trong một vector

được sử dụng, các các vector mã này sẽ tạo thành một codebook

Các kỹ thuật mã hoá mất thông tin

Mã hoá chuyển đổi: dùng phép biến đổi Fourier hay Cosin để

chuyển từ miền thời gian hay miền không gian sang miền tần số

Mã hoá sai phân: cũng được gọi là mã hoá ước đoán do chỉ mã hoá sự khác biệt giữa giá trị mẫu thực và giá trị ước đoán, mã hoá sai phân thường dùng cho video hình ảnh động Lớp kỹ thuật này bao gồm: điều mã xung sai phân, điều chế delta, điều mã xung

thích nghi

Lượng tử hoá vectơ: mã hoá từng khối hai chiều kích thước cố định (gọi là vectơ) và tra bảng tìm mã phù hợp nhất Kỹ thuật chỉ

Các tiêu chuẩn nén ảnh

 JPEG (The Joint Photographic Expert Group): dùng cho nén ảnh tĩnh, phát triển bởi sự kết hợp giữa ITU-TS (the International Telecommunications

Union-Telecommunication Sector) và ISO

 JPEG (The Joint Photographic Expert Group): dùng cho nén ảnh tĩnh, phát triển bởi sự kết hợp giữa ITU-TS (the International Telecommunications

Union-Telecommunication Sector) và ISO

 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7: do Ủy ban ISO IEC/JTC1/SC29- /WG11 phát triển cho mã hoá kết hợp giữa video và audio.

 MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, MPEG-7: do Ủy ban ISO IEC/JTC1/SC29- /WG11 phát triển cho mã hoá kết hợp giữa video và audio.

 H.261: do Nhóm nghiên cứu XI phát triển và được biết rộng rãi như tiêu chuẩn mã hoá video cho các dịch vụ nghe nhìn tốc độ nx 64Kbps.

 ITU-TS H.263 cho các ứng dụng điện thoại thấy hình tốc độ dưới 64Kbps.

Chuẩn JPEG

 JPEG ( Joint Photographic Expert Group ) là tên của một tổ chức nghiên cứu về các chuẩn nén ảnh (trước đây là ISO) được thành lập vào năm 1982 Năm 1986, JPEG chính thức được thiết lập nhờ sự kết hợp giữa nhóm ISO/IEC và ITV Tiêu chuẩn này có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực : lưu trữ ảnh, Fax màu, truyền ảnh báo chí, ảnh cho y học, camera số v.v

 Tiêu chuẩn JPEG được định ra cho nén ảnh tĩnh đơn sắc và màu Tuy nhiên cũng được sử dụng cho nhiều ứng dụng với ảnh động bởi vì nó cho chất lượng ảnh khôi phục khá tốt và ít tính toán hơn

so với nén MPEG

Phương pháp nén JPEG

3

Các công đoạn Nén ảnh JPEG

ảnh nén

8x8

8x8

Chuẩn JPEG

Chuẩn JPEG

Chuyển ảnh thành các MB

 Tất cả các block có cùng kích thước và mỗi block là một ma trận điểm ảnh 88 pixel được lấy từ một ảnh màn hình theo chiều từ trái sang phải, từ trên xuống dưới Kích thước MB là 88 được chọn bởi hai lý do sau:

 1 Qua việc nghiên cứu cho thấy hàm tương quan suy giảm rất nhanh khi khoảng cách giữa các pixel vượt quá 8

 2 Tiện lợi cho việc tính toán và thiết kế phần cứng Nói chung, độ phức tạp về tính toán sẽ tăng nếu kích thước block tăng

Chuyển mức điểm ảnh (trừ 128)

Ví Dụ:

-128

Biến đổi Cosin

Biến đổi DCT

Ví Dụ:

Biến đổi DCT và làm tròn các hệ số

DCT

Lượng tử hóa

Chia các phần tử của ma trận DCT với các phần tử tương ứng của ma trận lượng tử hóa ở trên theo công thức:

ngược

Khôi phục ảnh JPEG

Khôi phục các điểm ảnh trong khối 8x8

Quá trình biến đổi DCT ngược (IDCT)

Sai số giữa các giá trị khôi phục và giá trị gốc được tính như sau:

e(j,k)=f(j,k)-f*(j,k) Tạo lại khối giá trị các điểm ban đầu theo biểu thức:

Biến đổi cosin và chuẩn JPEG

Ảnh sau khi nén và giải nén cho chất lượng không tốt như cũ

Khắc phục bằng việc làm trơn ảnh sau khi giải nén

Biến đổi cosin và chuẩn JPEG

Chuẩn JPEG

Chuẩn JPEG cho nhiều tùy chọn khác nhau để nén ảnh,tùy vào

những tùy chọn mà cho hệ số nén và chất lượng ảnh khác nhau

Kết luận

4

Như đã trình bày, kỹ thuật nén JPEG sẽ làm mất thông tin lúc giải nén,

càng nén với hệ số cao thì thông tin càng mất nhiều khi bung Để giải quyết vấn

đề này, tháng 12/1999 một bản phác thảo tiêu chuẩn nén hình ảnh theo công

nghệ mới JPEG2000 Tháng 8/2000, bản phác thảo về tiêu chuẩn JPEG2000 đã được lưu hành trong giới chuyên gia hình ảnh Sau đó nó đã được công nhận là tiêu chuẩn quốc tế vào tháng 12/2000

Với JPEG2000 kỹ thuật xử lý hình ảnh sẽ đạt được những kết quả rất

ngoạn mục vì có thể nén nhỏ từ 100-200 lần mà hình ảnh không sai sót bao

nhiêu so với hình ảnh gốc Nhưng đâu là điểm khác biệt để kỹ thuật JPEG2000 vượt trội hơn hẳn so với JPEG?

JPEG2000 được sử dụng trong chẩn đoán hình ảnh từ xa trong Y khoa,

Các chuẩn nén ảnh hiện nay