chương 9 nén ảnh tĩnh

Chơng Nén ảnh tĩnh Dung lợng thông tin vấn đề nén liệu Ví dụ dung lợng thông tin đa phơng tiện Một trang văn (text) : Kbytes Một ảnh màu (800 x 600 x 24 bits) : 1,4 Mbytes 30 minutes video (800x600 x24 bits, 25 ảnh/s): 64,8 Gbytes Tốc độ dòng bít video : 275 Mbit/s 30 phút âm thoại số (8kHz, bits) : 14 Mbytes 30 minutes audio CD (44.1kHz, 16 bits, stereo) : 316 Mbytes 30 minutes audio (48kHz, 20 bits, stereo) : 432 Mbyte Nén ? Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan Giới thiệu chung nén ảnh Một số khái niệm Nén liệu ảnh : biến đổi dòng thông tin ảnh thành từ mã nhằm giảm độ d thừa thông tin Các độ d thừa thông tin : D thừa thông tin không gian, thời gian, độ d thừa phổ d thừa độ cảm thụ Phân loại ảnh theo thời gian - ảnh tĩnh (Still Image) : ảnh tự nhiên thu nhận (chụp), ảnh đồ họa (vẽ), có d thừa không gian độ d thừa cảm thụ - ảnh động (Motion Image) gồm ảnh video, ảnh động chuyên dụng, hoạt hình, biến thiên theo thời gian; Có loại d thừa không gian, thời gian, phổ d thừa độ cảm thụ Dung lợng thông tin : lu trữ, truyền (tôc độ dòng bit) Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan Các tham số chất lợng nén ảnh Tỷ số nén : Kích thớc liệu ban đầu - Tỷ số : CR = - Tỷ số bit : Kích thớc liệu sau nén ; (ví dụ 40:1) Số bit sau nén Nb = Tổng số điểm ảnh (bpp) - Tốc độ dòng bít (đối với ảnh động) : bit/s Chất lợng nén - Nén có mát thông tin (lossless) - Nén không mât mát thông tin (lossy) : MSE, SNR Độ phức tạp - Về thời gian nén : Nén thời gian thực/ không thời gian thực - Về không gian, nhớ Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan Khái quát phơng pháp nén ảnh tĩnh Phân loại phơng pháp nén ảnh Nén không mát thông tin: phơng pháp mã hoá liệu Nén có mát thông tin: phơng pháp nén dựa phép biến đổi ảnh ảnh đầu vào Xử lý Mã hoá Dòng liệu 0011 Giải mã Xử lý Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan ảnh đầu Các phơng pháp mã hoá không mát thông tin Mã loạt dài (RLE) : Dùng số đếm để thay điểm giống lặp lại Mã Shannon- Fano : Dùng cụm bit có độ dài thay đổi để mã hoá Mã Huffman : Sử dụng đặc điểm mã hoá Shannon- Fano với ý tởng : kí hiệu có khả xuất nhiều có từ mã ngắn Mã Lemple- Ziv : Dựa việc xây dựng tra từ điển Mã dự đoán (prediction) : Dựa trình tạo điểm luật dự đoán Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan Nén ảnh tĩnh dựa phép biến đổi ảnh ảnh gốc ảnh nén Biến đổi thuận Lợng tử hóa Bảng lợng tử M hóa Bảng mã hóa ảnh giải nén ảnh nén Giải m Bảng mã hóa Lợng tử hóa ngợc Biến đổi ngợc Bảng lợng tử Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan Các phép biến đổi áp dụng nén ảnh Phép biến đổi Cosin rời rạc (DCT): biểu diễn giá trị điểm ảnh miền tần số, tập trung lợng vào số hệ số, DCT áp dụng chuẩn JPEG MPEG Phép biến đổi Wavelet rời rạc (DWT): Sử dụng lọc thông dải xử lý phân tích đa phân giải phép DWT Phép biến đổi dựa hình học Fractal (phép biến đổi Fractal): Sử dụng phép biến đổi hình học Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan Phơng pháp nén ảnh theo chuẩn JPEG Chuẩn JPEG: Joint Photographic Experts Group Chuẩn JPEG: chuẩn quốc tế nén ảnh tĩnh Trình tự công nghệ nén ảnh JPEG : phép biến đổi Cosin DCT rời rạc, xếp zigzag, lợng tử hoá, mă hoá liệu Giải thuật chuẩn JPEG phép biến đổi Cosin rời rạc DCT mă hoá Phơng thức thực mă hoá : - Mã (Sequential DCT) - Mã luỹ tiến (Progressive DCT) - Mã không mát thông tin (Sequential lossless) - Mã phân cấp (Hierarchical progressive) Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan Phép biến đổi DCT Phép biến đổi Cosin rời rạc DCT hai chiều : X [u, v] = k l M N (2k + 1)u (2l + 1)v x ( k , l ) cos cos M N k =0 l =0 M N Với x(k,l) ma trận khối điểm ảnh có kích thớc x 8, Phép biến đổi cosin hai chiều đợc thực lần lợt theo hàng sau theo cột, phép biến đổi chiều Công thức DCT chiều : l X (u ) = M M k =0 ( k + 1)u x ( k ) cos 2M Entropy thông điệp S : k = 1/ k = k =1 H(S) = pi log2 i Với k lại pi Với pi xác suất xuất ký hiệu Si S Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan Sơ đồ nén giải nén ảnh JPEG Sơ đồ nén Sơ đồ giải nén Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan 10 Các công đoạn nén ảnh JPEG DCT Quantization Zig-zag (Entropy) Coding Compressed Image Data Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan 011010001011101 Dòng liệu ảnh 11 Ví dụ nén ảnh JPEG Original (262 Kb) Compressed (22 Kb, 12:1) Compressed (6 Kb, 43:1) Chất lợng ảnh JPEG tỷ số nén : 0.25 - 0.5 bpp : Trung bình 0.5 - 0.75 bpp : Khá tốt 0.75 - 1.5 bpp : Tốt Image Compression Nguyen Thi Hoang Lan 12 ... Compression Nguyen Thi Hoang Lan Nén ảnh tĩnh dựa phép biến đổi ảnh ảnh gốc ảnh nén Biến đổi thuận Lợng tử hóa Bảng lợng tử M hóa Bảng mã hóa ảnh giải nén ảnh nén Giải m Bảng mã hóa Lợng tử hóa... Khái quát phơng pháp nén ảnh tĩnh Phân loại phơng pháp nén ảnh Nén không mát thông tin: phơng pháp mã hoá liệu Nén có mát thông tin: phơng pháp nén dựa phép biến đổi ảnh ảnh đầu vào Xử lý Mã... Phân loại ảnh theo thời gian - ảnh tĩnh (Still Image) : ảnh tự nhiên thu nhận (chụp), ảnh đồ họa (vẽ), có d thừa không gian độ d thừa cảm thụ - ảnh động (Motion Image) gồm ảnh video, ảnh động