Một số phương pháp nén ảnh và xây dựng chương trình thử nghiệm

LỜI CẢM ƠN Sau thời gian thực khóa luận tốt nghiệp, đến công việc liên quan đến khóa luận hoàn tất Trong suốt thời gian thực khóa luận em nhận nhiều giúp đỡ Ở phần đầu khóa luận cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến người giúp đỡ em Em xin cảm ơn thầy cô giáo khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học sư phạm Hà Nội 2, người giúp đỡ cho em suốt trình học tập nghiên cứu Em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS.Trịnh Đình Vinh, khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học sư phạm Hà Nội hướng dẫn chu đáo, nhiệt tình trình em làm khóa luận Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình bạn bè giúp đỡ, động viên em nhiều suốt trình học tập để em thực tốt khóa luận Tuy có cố gắng định thời gian trình độ có hạn nên chắn khóa luận nhiều thiếu sót hạn chế định Kính mong nhận góp ý thầy cô bạn Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Sinh viên Nguyễn Thị Thanh Nhã LỜI CAM ĐOAN Tên em là: NGUYỄN THỊ THANH NHÃ Sinh viên lớp: K35 – Tin học, khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học sư phạm Hà Nội Em xin cam đoan: Đề tài: “MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHỆM” nghiên cứu riêng em, hướng dẫn thầy giáo TS Trịnh Đình Vinh Khóa luận hoàn toàn không chép tác giả khác Nếu sai em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, tháng 05 năm 2013 Người cam đoan Nguyễn Thị Thanh Nhã MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH 1.1 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH 1.1.1 Xử lý ảnh 1.1.2 Giới thiệu ảnh số xử lý ảnh số 1.2 NÉN ẢNH CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH 11 2.1 Phân loại phương pháp nén ảnh 11 2.1.1 Phân loại dựa vào nguyên lý nén 11 2.1.2 Phân loại dựa vào cách thức thực nén 11 2.1.3 Phân loại dựa vào lý thuyết mã hoá 11 2.2 Quá trình nén giải nén 12 2.3 Phương pháp mã hoá độ dài loạt RLE 12 2.3.1 Nguyên tắc 12 2.3.2 Thuật toán 14 2.4 Phương pháp mã hoá Huffman tĩnh 15 2.4.1 Nguyên tắc 15 2.4.2 Thuật toán 16 2.5 Phương pháp mã hoá LZW 19 2.5.1 Nguyên tắc 19 2.5.2 Thuật toán 22 2.6 Phương pháp mã hoá JPEG 24 2.6.1 Nguyên tắc 24 2.6.2 Thuật toán 24 2.7 Phương pháp mã hoá JPEG2000 34 2.7.1 Lịch sử đời phát triển chuẩn JPEG2000 34 2.7.2 Các tính JPEG2000 34 2.7.3 Các bước thực nén ảnh theo chuẩn JPEG2000 35 2.7.4 So sánh chuẩn JPEG2000 với JPEG chuẩn nén ảnh tĩnh khác 42 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 46 3.1 Phát biểu toán 46 3.2 Phương pháp tiến hành 46 3.2.1 Phương pháp Huffman tĩnh 46 3.2.2 Phương pháp JPEG 50 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 Kết luận 54 Hướng phát triển nghiên cứu 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết CC Tên đầy đủ - Mô tả Clear Code - mã xóa EOB End Of Block - kết thúc khối EOI End Of Information- kết thúc thông tin EZW Embedded Zerotree Wavelet Encoder - phương pháp mã hóa dựa sở phép mã hóa lũy tiến ICT Irreversible Color Transform - biến đổi màu không thuận nghịch JPEG Joint Photographic Expert Group - nhóm chuyên gia đồ hoạ phát triển chuẩn LZW Lempe Ziv Welch - nén từ điển MSE Mean Square Error - Sai số bình phương trung bình PSNR Peak Signal To Noise Ratio - tỉ số tín hiệu nhiễu đỉnh RCT Reversible Color Transform - biến đổi màu thuận nghịch RGB Red Greeb Blue - không gian màu RLE Run Length Encoding - mã hoá theo độ dài loạt SPIHT Set Partitioning In Hierarchical Trees - phương pháp mã hoá phân cấp theo phân vùng DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1.1: Quá trình xử lý ảnh Hình 1.2: Các bước hệ thống xử lý ảnh Hình 1.3: Biểu diễn mức xám ảnh số Hình 1.4: Các giai đoạn xử lý ảnh Hình 2.1: Quá trình nén giải nén 12 Hình 2.2: Quá trình nén ảnh theo chuẩn JPEG 24 Hình 2.3: Quá trình giải nén JPEG 25 Hình 2.4: Mô tả giải thuật biến đổi nhanh 27 Hình 2.5: Sơ đồ biến đổi Cosin ngược 29 Hình 2.6: Minh họa khối Zig-Zag 33 Hình 2.7: Các bước nén giải nén JPEG2000 35 Hình 2.8: Ảnh hưởng độ chói Y tới ảnh 36 Hình 2.9: Sơ đồ phương pháp Lifting 1D áp dụng JPEG200 37 Hình 2.10: Cây tứ phân 41 Hình 2.11: Mã hoá theo thứ tự từ vùng tần số thấp đến vùng tần số cao 42 Hình 2.12: So sánh chất lượng ảnh nén JPEG(a) JPEG2000(b) 43 Hình 2.13: Tính ROI 45 Hình 3.1: Giao diện phương pháp nén Huffman tĩnh 47 Hình 3.2: Chọn ảnh nén (Huffman tĩnh) 47 Hình 3.3: Ảnh chọn 48 Hình 3.4: Chọn vị trí lưu ảnh sau nén (Huffman tĩnh) 48 Hình 3.5: Chọn ảnh để giải nén phương pháp Huffman tĩnh 49 Hình 3.6: Các thông số ảnh giải nén (Huffman tĩnh) 49 Hình 3.7: Chọn vị trí lưu ảnh sau giải nén (Huffman tĩnh) 50 Hình 3.8: Giao diện phương pháp nén JPEG 51 Hình 3.9: Chọn ảnh nén (JPEG) 51 Hình 3.10 Ảnh nén chọn (JPEG) 52 Hình 3.11: Chọn vị trí lưu ảnh (JPEG) 52 Hình 3.12: Giao diện sau chọn vị trí lưu ảnh (JPEG) 53 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Khoảng mười năm trở lại đây, phần cứng máy tính thiết bị liên quan có tiến vượt bậc tốc độ tính toán, dung lượng chứa, khả xử lý giá giảm đến mức máy tính thiết bị liên quan đến xử lý ảnh không thiết bị chuyên dụng Khái niệm ảnh số trở nên thông dụng với hầu hết người xã hội việc thu nhận ảnh số thiết bị cá nhân hay chuyên dụng với việc đưa vào máy tính xử lý trở nên đơn giản Trong hoàn cảnh đó, xử lý ảnh lĩnh vực quan tâm trở thành môn học chuyên ngành sinh viên ngành Công nghệ Thông tin nhiều trường đại học nước Xử lý ảnh ngành khoa học mẻ so với nhiều ngành khoa học khác tốc độ phát triển nhanh Sự đời tạo kỹ thuật quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến lĩnh vực như: Tivi, truyền thông, kỹ xảo đồ họa… Cùng với phát triển có nhu cầu thực tế đặt thách thức nhà khoa học máy tính nhiều Những công việc, toán xử lý theo lối cổ truyền không theo kịp tốc độ phát triển công nghệ ngày Trong “Nén ảnh” phần xử lý ảnh có ứng dụng to lớn truyền thông lưu trữ, có nhiều phương pháp nén ảnh đời không ngừng cải tiến để ngày hoàn thiện đem lại hiệu nén cao cho chất lượng ảnh tốt Do em lựa chọn đề tài “MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM” Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: tìm hiểu phương pháp nén ảnh tĩnh nhằm giảm chi phí việc lưu trữ ảnh chi phí thời gian để truyền ảnh xa truyền thông đảm bảo chất lượng ảnh, ảnh nén phần thông tin quan trọng ảnh biểu diễn truyền với số lượng bit so với ảnh gốc mà đảm bảo tính đầy đủ thông tin Nhiệm vụ nghiên cứu: tìm hiểu số phương pháp nén ảnh xây dựng chương trình thử nghiệm Phương pháp đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp khảo cứu lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết phương pháp nén ảnh - Phương pháp điều tra khảo sát: Thực qua hai bước nghiên cứu sơ nghiên cứu thức + Nghiên cứu sơ bộ: Thực thông qua phương pháp định tính, sử dụng kỹ thuật thảo luận nhóm để bổ sung chức demo + Nghiên cứu thức: Thực thông qua phương pháp nghiên cứu định lượng, sử dụng kỹ thuật thu thập thông tin qua sách, internet… Đối tượng nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết xử lý ảnh tìm hiểu phương pháp nén ảnh: RLE, Huffman tĩnh, LZW, JPEG, JPEG2000 - Nghiên cứu yếu tố thành phần liên quan đến chất lượng ảnh nén tỉ lệ nén, mức xám, điểm ảnh… - Tìm hiểu phần mềm CSharp Phạm vi nghiên cứu Đề tài giới hạn việc nghiên cứu tìm hiểu số phương pháp nén ảnh tĩnh: RLE, Huffman tĩnh, LZW, JPEG, JPEG2000 xây dựng chương trình thử nghiệm với định dạng ảnh: png, bmp, jpg, tif, tiff Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: lý thuyết nén ảnh đời, phát triển có sở khoa học vững chắc, nghiên cứu góp phần chứng minh thêm tính đắn lý thuyết nén ảnh Hiện nén ảnh lĩnh vực chuyên gia nghiên cứu giới quan tâm phát triển Ý nghĩa thực tiễn: chương trình thử nghiệm thành công đóng góp phần nhỏ việc giảm dung lượng ảnh trước truyền mạng internet mà giữ chất lượng hình ảnh Cấu trúc khóa luận Ngoài phần mở đầu kết luận khóa luận có nội dung sau: Chương 1: Tổng quan xử lý ảnh – Chương trình bày số kiến thức chung xử lý ảnh, bước hệ thống xử lý ảnh, số khái niệm nén ảnh, giải nén ảnh, mức xám, pixel… Chương 2: Các phương pháp nén ảnh – Trong chương khóa luận trình bày cách phân loại phương pháp nén ảnh, trình nén giải nén Nêu nguyên tắc thuật toán số phương pháp nén ảnh RLE, Huffman tĩnh, LZW, JPEG, JPEG2000 nội dung trình bày khóa luận Chương 3: Xây dựng chương trình thử nghiệm – Từ kiến thức lý thuyết nghiên cứu, khóa luận vận dụng cài đặt thử nghiệm chương trình nén ảnh Chương trình xây dựng ngôn ngữ CSharp hoàn thành đạt thành công định dựa thuật toán nén phương pháp Huffman tĩnh, phương pháp nén JPEG với định dạng ảnh: png, bmp, tif, tiff, jpg Kết đạt Xây dựng thành công chương trình thử nghiệm với phương pháp nén, giải nén thuật toán Huffman tĩnh phương pháp nén JPEG Áp dụng nén với định dạng ảnh tĩnh: png, bmp, tiff, tif, jpg Hướng phát triển nghiên cứu tương lai là: thực giải nén phương pháp JPEG, ứng dụng nén cho dạng liệu khác: video, âm thanh, văn bản… sâu nghiên cứu tìm hiểu họ Wavelet phương pháp thiết kế cho chuẩn JPEG2000 ưu việt có nhiều tính so với JPEG Ngoài thống kê thực tế cho thấy với tỷ lệ nén loại ảnh ảnh nén JPEG2000 có chất lượng tốt so với JPEG Chúng ta xem xét hai ảnh hình 2.12 để thấy rõ điều này, ảnh bên trái nén theo JPEG ảnh bên phải nén theo JPEG2000 JPEG JPEG 2000 JPEG JPEG 2000 (a) (b) Hình 2.12: So sánh chất lượng ảnh nén JPEG(a) JPEG2000(b) Tính ưu việt thứ hai JPEG2000 so với JPEG dạng thức nén có tổn thất thông tin, JPEG2000 đưa tỷ lệ nén cao nhiều so với JPEG Các phần mềm nén ảnh JPEG (kể Photoshop) thiết kế để nén tới tỷ lệ 40:1 với JPEG2000 tỷ lệ nén lên tới 200:1 Theo công thức tính PSNR đơn vị dB, có: (b số bít dùng biểu diễn pixel ảnh gốc)  RMSE  PSNR  dB   20log10  b   1  43 Trong MSE (Mean square error) sai số bình phương trung bình, PSNR (peak to signal to noise ratio) tỉ số tín hiệu nhiễu đỉnh MSE thường gọi phương sai lượng tử  q2 (quantization error variance) MSE ảnh gốc ảnh khôi phục tính sau: MSE   q2  f  i, k   g i , k    N j ,k Trong tổng lấy theo j, k tính cho tổng tất điểm ảnh ảnh N số điểm ảnh ảnh RMSE bậc MSE Với hai ảnh hình 2.12, so sánh tham số PSNR cho bảng bên Để so sánh dễ dàng hơn, ta xét ảnh nén với tỷ lệ khác (đo lường hệ số bít/pixel hay bpp) Tất số liệu bảng cho thấy JPEG2000 nén ảnh tốt JPEG; hệ số PSNR mà xét bảng đo hệ đơn vị logarit Bit per pixel 0.125 0.50 2.00 Ảnh theo JPEG 24.42 31.17 35.15 Ảnh theo JPEG2000 28.12 32.95 37.35 Ảnh theo JPEG 22.6 28.92 35.99 Ảnh theo JPEG2000 24.85 31.13 38.80 Bảng 2.3: Bảng so sánh tham số PSNR JPEG2000 JPEG Tính ưu việt thứ JPEG2000 so với JPEG chuẩn nén ảnh hiển thị ảnh với độ phân giải kích thước khác từ ảnh nén Với JPEG điều thực Sở dĩ có điều JPEG2000 sử dụng kỹ thuật phân giải ảnh mã hoá đính kèm mà nói tới phần mã hoá ảnh theo JPEG2000 Tính lợi đặc biệt quan trọng JPEG2000, JPEG chuẩn nén ảnh tĩnh trước phải nén nhiều lần để 44 thu chất lượng với lần nén khác với JPEG2000 ta cần nén lần chất lượng ảnh định tuỳ theo người sử dụng trình giải nén ảnh theo JPEG2000 Một tính ưu việt JPEG2000 tính mã hoá ảnh quan trọng theo vùng (ROI - Region of Interest) mà đề cập phần mã hoá ảnh theo JPEG2000 Hình 2.13: Tính ROI JPEG2000 có khả đặc biệt ưu việt so với JPEG, khả vượt trội khôi phục lỗi Đó ảnh truyền mạng viễn thông thông tin bị nhiễu với chuẩn nén ảnh JPEG nhiễu thu vào hiển thị, nhiên với JPEG2000, đặc trưng phép mã hóa chống lỗi, JPEG2000 giảm thiểu lỗi tới mức 45 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 Phát biểu toán Trong thực tế ta thấy nhiều vấn đề việc lưu trữ truyền tải ảnh Dưới ví dụ lưu trữ ảnh số truyền với đường truyền 9600 bps để thấy rõ cần thiết việc nén ảnh: • Ảnh đa cấp xám hay ảnh 256 màu có kích thước 800x600, bit/điểm ảnh, cần 3.840.000 bit lưu trữ 6.67 phút để truyền • Ảnh màu RGB (24 bit/điểm ảnh) độ phân giải cần 10 triệu bit để lưu trữ 20 phút để truyền • Một phim âm có kích thước 24x36 mm (35 mm) chia khoảng cách 12  m , vào khoảng 3000x2000 điểm, bit / pixel, yêu cầu 48 triệu bit cho lưu giữ ảnh 83 phút để truyền Vì nén ảnh nhằm giảm chi phí việc lưu trữ ảnh chi phí thời gian để truyền ảnh truyền thông đảm bảo chất lượng ảnh 3.2 Phương pháp tiến hành 3.2.1 Phương pháp Huffman tĩnh Dựa vào lý thuyết trình bày chương với đầu vào tệp tin nguồn f (.png, bmp, tiff, tif, jpg) sau nén tệp tin nén fn (.hmc) Giải nén với tệp tin nguồn f (.hmc) sau thực giải nén lưu tập tin định dạng (.png, bmp, tiff, tif, jpg), em xây dựng chương trình thử nghiệm có giao diện bước chạy sau: 46 Hình 3.1: Giao diện phương pháp nén Huffman tĩnh Hình 3.2: Chọn ảnh nén phương pháp Huffman tĩnh 47 Hình 3.3: Load ảnh để nén phương pháp Huffman tĩnh Hình 3.4: Chọn vị trí lưu ảnh sau nén 48 Hình 3.5: Chọn ảnh để giải nén phương pháp Huffman tĩnh Hình 3.6: Các thông số ảnh giải nén (Huffman tĩnh) 49 Hình 3.7: Chọn vị trí lưu ảnh sau giải nén (Huffman tĩnh) * Kết đạt Chương trình chạy tương đối ổn định hỗ trợ định dạng ảnh bmp, jpg, png, tif, tiff Các file ảnh nén theo phương pháp Huffman tĩnh lưu với định dạng chuỗi HUFFMAN (*.hmc) Các file ảnh giải nén phải có định dạng *.hmc thực giải nén phương pháp Huffman tĩnh Sau giải nén ta chọn định dạng lưu ảnh định dạng: bmp, jpg, png, tif, tiff Phương pháp Huffman tĩnh cho kết nhanh chóng chất lượng ảnh giải nén không thay đổi 3.2.2 Phương pháp JPEG Từ lý thuyết trình bày chương với tệp tin nguồn f (.png, bmp, tiff, tif, jpg), tệp tin nén (.jpeg) chương trình thử nghiệm xây dựng với giao diện sau: 50 Hình 3.8: Giao diện phương pháp nén JPEG Hình 3.9: Chọn ảnh nén phương pháp JPEG 51 Hình 3.10: Ảnh nén chọn phương pháp JPEG Hình 3.11: Chọn vị trí lưu ảnh sau nén phương pháp JPEG 52 Hình 3.12: Sau chọn vị trí lưu ảnh * Kết đạt Chương trình chạy ổn định hỗ trợ định dạng ảnh bmp, jpg, png, tiff, tif Các file ảnh nén lưu với định dạng chuỗi JPEG (* jpeg) Phương pháp JPEG cho kết nhanh chóng chất lượng ảnh nén tốt 53 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Sau thời gian làm việc, với nỗ lực thân hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Trịnh Đình Vinh, em hoàn thành khóa luận xây dựng chương trình thử nghiệm thành công ngôn ngữ CSharp Từ kiến thức nghiên cứu, tìm hiểu em rút số kết luận sau: thuật toán có ưu nhược điểm khác đem lại kết chương trình khác Tốc độ nén hiệu nén phương pháp khác giải thuật chất lượng ảnh kết yêu cầu khác Phương pháp mã hóa độ dài loạt RLE lựa chọn cho nén liệu ảnh hỗ trợ cho định dạng ảnh tiff, bmp Tuy nhiên tập tin chọn có dung lượng lớn phương pháp không làm bé tập tin mà làm phình to chúng Phương pháp mã hóa LZW có ưu điểm hệ số nén tương đối cao, tập tin nén không cần phải chứa bảng mã Nhược điểm thuật toán tốn nhiều nhớ, khó thực dựa mảng đơn giản (bé 64KB) Phương pháp mã hóa Huffman tĩnh có ưu điểm hệ số nén tương đối cao, phương pháp thực tương đối đơn giản, đòi hỏi nhớ, xây dựng dựa mảng bé 64KB Nhược điểm phải chứa bảng mã vào tập tin nén phía nhận giải mã hiệu suất nén cao ta thực nén tập tin lớn Nhược điểm phương pháp nén khắc phục cách thực nén lần nhiều tập tin chuẩn bị truyền, làm coi thực nén tập tin lớn Phương pháp mã hóa JPEG cho phép nén ảnh với tỉ số nén lên đến 80:1 cao hơn, hiển thị hình ảnh đầy đủ màu cho định dạng di động mà kích thước file lại nhỏ JPEG sử dụng nhiều Web 54 Lợi ích chúng chúng hiển thị hình ảnh với màu xác (chúng lên đến 16 triệu màu), điều cho phép chúng sử dụng tốt cho hình ảnhchụp hình ảnh minh họa có số lượng màu lớn Nhược điểm phương pháp nén thuật toán lossy (mất liệu) Điều có nghĩa hình ảnh nén bị số chi tiết chuyển sang định dạng JPEG Đường bao khối màu xuất nhiều điểm mờ, vùng rõ nét, tỉ số nén cao mát thông tin ảnh JPEG lớn Nói cách khác, định dạng JPEG thực bảo quản tất thông tin màu hình ảnh đó, nhiên với hình ảnh chất lượng màu cao hình ảnh chụp điều không bị ảnh hưởng Từ sở lý thuyết tìm hiểu em tiến hành cài đặt chương trình cho phương pháp nén ảnh: HUFFMAN tĩnh, JPEG ngôn ngữ lập trình CSharp Đối với phương pháp Huffman tĩnh chương trình thực nén với định dạng: png, bmp, tiff, tif, jpg; phương pháp JPEG chương trình thực nén với định dạng ảnh tĩnh So sánh kết nén phương pháp tiến hành cài đặt thử nghiệm: Huffman tĩnh JPEG cho thấy phương pháp nén JPEG cho kết nén với tỉ lệ nén cao với ảnh Hướng phát triển nghiên cứu Một số hướng nghiên cứu tương lai: • Thực giải nén Phương pháp JPEG • Khóa luận đề cập đến phương pháp nén ảnh tĩnh mà chưa ứng dụng chúng cho âm thanh, video, đặc biệt biến đổi Wavelet chuẩn JPEG2000 việc sâu nghiên cứu tìm hiểu họ Wavelet cần thiết • Nghiên cứu thêm giải thuật SPIHT, EZW ứng dụng chúng 55 • Các phương pháp nén trình bày khóa luận đời từ nhiều năm trước cần nghiên cứu cải tiến phương pháp để nâng cao hiệu nén Sau thời gian nghiêm túc tìm hiểu nghiên cứu chương trình “MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM” hoàn thành Qua em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Trịnh Đình Vinh trực tiếp hướng dẫn em để em hoàn thiện khóa luận Mặc dù cố gắng để hoàn thành khóa luận có thành công định thời gian có hạn khả hạn chế nên chương trình chưa thực mong muốn Em mong đóng góp ý kiến thầy cô để khóa luận em hoàn thiện 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy (2002), Nhập Môn Xử lý ảnh số, Nxb Khoa học Kỹ thuật TS Phạm Việt Bình – TS Đỗ Đăng Toàn, Xử lý ảnh Võ Đức Khánh (2003),Giáo trình xử lý ảnh, Nxb Thống kê, Hà Nội Nguyễn Kim Sách (1997), Xử lý ảnh video số , Nxb Khoa học Kỹ thuật , Hà Nội http://diendan.congdongcviet.com/showthread.php?t=19594 http://www.JPEG.org/JPEG2000.html http://www.codeproject.com 57 [...]... người máy Quá trình xử lý ảnh được xem như là quá trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho ra kết quả mong muốn Kết quả đầu ra của một quá trình xử lý ảnh có thể là một ảnh “tốt hơn” hoặc một kết luận Ảnh “tốt hơn” Ảnh XỬ LÝ ẢNH Kết luận Hình 1.1: Quá trình xử lý ảnh Ảnh có thể xem là tập hợp các điểm ảnh và mỗi điểm ảnh được xem như là đặc trưng cường độ sáng hay một dấu hiệu nào đó tại một vị trí nào... tượng và ảnh được xem như là 1 tập hợp các điểm ảnh * Mức xám, màu: Là số các giá trị có thể có của các điểm ảnh của ảnh 1.1.2 Giới thiệu về ảnh số và xử lý ảnh số a Ảnh số Ảnh có thể biểu diễn dưới dạng tín hiệu tương tự hoặc tín hiệu số Trong biểu diễn số của các ảnh đa mức xám, một ảnh được biểu diễn dưới 7 dạng một ma trận hai chiều Mỗi phần tử của ma trận biểu diễn cho mức xám hay cường độ của ảnh. .. trong một bức ảnh luôn tồn tại sự tương quan giữa các điểm ảnh cạnh nhau + Dư thừa thông tin về cấp xám: là dư thừa dựa vào sự tương quan giữa các màu sắc cạnh nhau • Giải nén là quá trình xử lý dữ liệu nén trở về dữ liệu gốc 10 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH 2.1 Phân loại các phương pháp nén ảnh 2.1.1 Phân loại dựa vào nguyên lý nén Nén bảo toàn thông tin (losses compression): bao gồm các phương pháp. .. đồ dưới đây: Quá trình nén Dữ liệu gốc Dữ liệu nén Quá trình giải nén Hình 2.1: Quá trình nén và giải nén 2.3 Phương pháp mã hoá độ dài loạt RLE Mã hoá theo độ dài loạt RLE (Run Length Encoding) là một phương pháp nén ảnh dựa trên sự cắt bớt các dư thừa về không gian (một vài hình ảnh có vùng màu lớn không đổi đặc biệt đối với ảnh nhị phân) Loạt được định nghĩa là dãy các phần tử điểm ảnh (pixel) liên... Thu nhận ảnh Phân tích ảnh Số hóa Nhận dạng ảnh SENSOR Hệ quyết định Lưu trữ Hình 1.4: Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh 1.2 NÉN ẢNH • Pixel (picture element): phần tử ảnh Ảnh trong thực tế là một ảnh liên tục về không gian và về giá trị độ sáng Để có thể xử lý ảnh bằng máy tính cần thiết phải tiến hành số hoá ảnh Như vậy một ảnh là một tập hợp các pixel Mỗi pixel là gồm một cặp toạ độ x, y và màu... liệu nén Như vậy: hiệu suất nén = (1- tỷ lệ nén) *100% Đối với ảnh tĩnh, kích thước chính là số bit biểu diễn toàn bộ bức ảnh Đối với ảnh video, kích thước chính là số bit để biểu diễn một khung hình video (video frame) • Nén ảnh là một kỹ thuật mã hoá các ảnh số hoá nhằm giảm số lượng các bit dữ liệu cần thiết để biểu diễn ảnh Nén ảnh đạt được bằng cách loại bỏ các phần dư thừa trong ảnh đã được số hoá... phương pháp kim tự tháp Laplace, phương pháp dựa vào vùng gia tăng, phương pháp tách hợp 11 2.2 Quá trình nén và giải nén Quá trình nén và giải nén gồm 2 công đoạn: Nén: dữ liệu gốc qua bộ mã hoá dữ liệu, bộ mã hoá này thực hiện nén dữ liệu đến một mức thích hợp cho việc lưu trữ và truyền dẫn thông tin Quá trình này sẽ thực hiện việc loại bỏ hay cắt bớt những dư thừa của ảnh để thu được thông tin cần... được chất lượng ảnh Giải nén: dữ liệu nén đi qua bộ giải mã dữ liệu, bộ giải mã sẽ thực hiện giải nén để thu được dữ liệu gốc ban đầu Việc giải nén này thường phải dựa vào các thông tin đi kèm theo dữ liệu nén, tuỳ thuộc vào kiểu nén hay phương pháp nén mà dữ liệu giải nén được có hoàn toàn giống với dữ liệu gốc ban đầu hay không Tóm lại quá trình nén và giải nén dữ liệu có thể mô tả một cách tóm tắt... biến đổi của ảnh gốc chứ không tác động trực tiếp 2.1.3 Phân loại dựa vào lý thuyết mã hoá Các phương pháp nén thế hệ thứ nhất: gồm các phương pháp có mức độ tính toán đơn giản như lấy mẫu, gán từ mã,… Các phương pháp nén thế hệ thứ hai: gồm các phương pháp dựa vào mức độ bão hoà của tỷ lệ nén bằng cách sử dụng các phép toán tổ hợp đầu ra một cách hợp lý hoặc sử dụng biểu diễn ảnh như: phương pháp kim... sáng của mỗi điểm ảnh với một giá trị số – kết quả của quá trình lượng hoá • Dữ liệu Trong một bài toán, dữ liệu bao gồm một tập các phần tử cơ sở mà ta gọi là dữ liệu nguyên tử Nó có thể là một chữ số, một ký tự, nhưng cũng 9 có thể là một con số, một từ, điều đó phụ thuộc vào từng bài toán • Nén dữ liệu Nén dữ liệu là quả trình giảm dung lượng thông tin “dư thừa” trong dữ liệu gốc và làm cho lượng ... số phương pháp nén ảnh xây dựng chương trình thử nghiệm Phương pháp đối tượng nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp khảo cứu lý thuyết: nghiên cứu lý thuyết phương pháp nén ảnh - Phương. .. niệm nén ảnh, giải nén ảnh, mức xám, pixel… Chương 2: Các phương pháp nén ảnh – Trong chương khóa luận trình bày cách phân loại phương pháp nén ảnh, trình nén giải nén Nêu nguyên tắc thuật toán số. .. đề tài “MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM” Mục đích nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích nghiên cứu: tìm hiểu phương pháp nén ảnh tĩnh nhằm giảm chi phí việc lưu trữ ảnh chi