Nghiên cứu và thiết kế phần cứng cho bộ biến đổi wavelet thuận (FDWT) hỗ trợ roi trong chuẩn nén ảnh JPEG2000

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BẠCH TUẤN ĐỒNG NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI WAVELET THUẬN (FDWT) HỖ TRỢ ROI TRONG CHUẨN NÉN ẢNH JPEG2000 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BẠCH TUẤN ĐỒNG NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI WAVELET THUẬN (FDWT) HỖ TRỢ ROI TRONG CHUẨN NÉN ẢNH JPEG2000 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ MÃ SỐ: 60520203 Hướng dẫn khoa học: TS LÊ MỸ HÀ Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: BẠCH TUẤN ĐỒNG Giới tính: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 19/07/1987 Nơi sinh: Nghệ An Quê quán: Mã Thành- Yên Thành-Nghệ An Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Bạch Tuấn Đồng, Xóm Thanh Đà- Xã Mã thànhYên Thành- Nghệ An Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: E-mail:tuandongvt@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Nơi học: Thời gian đào tạo từ 9/2007 đến 9/2011 Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên,TP HCM: Ngành học: Điện tử - Viễn thông Tên đồ án: Điện Toán Đám Mây Ngày & nơi bảo vệ đồ án: 7/2011 Ngƣời hƣớng dẫn: ThS Lê Đức Trị III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Kỹ sƣ 9/2011-3/2012 Công ty Mitsuba 3/2012-nay Trung tâm thiết kế đào tạo vi mạch (ICDREC) i Kỹ sƣ thiết kế LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực kết luận văn có tham khảo phần đề tài “nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm chip nén ảnh theo tiêu chuẩn JPEG2000 chip ADC đa thử nghiệm, Mã số KC.01.13/11-15 Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Minh Khánh Ngọc Cơ quan chủ trì: Trung tâm Nghiên cứu Đào tạo thiết kế vi mạch” đề tài mã số KC.01.13/11-15 Đề tài có danh sách tham gia thực đƣợc đồng ý chủ nhiệm đề tài ThS Nguyễn Minh Khánh Ngọc cho phép sử dụng phần kết Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 201… (Ký tên ghi rõ họ tên) Bạch Tuấn Đồng ii LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cám ơn quý thầy cô khoa Điện-Điện Tử, Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật - Tp.HCM, đặc biệt thầy TS Lê Mỹ Hà môn kỹ thuật điện nhận lời hƣớng dẫn có ý kiến nhận xét cần thiết, làm tảng cho thực đề tài Luận văn thành đề tài mã số KC.01.13/11-15 Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Bộ Khoa học Công nghệ, Văn phòng chƣơng trình trọng điểm cấp Nhà nƣớc, Ban Chƣơng trình KC.01 đầu tƣ kinh phí cho đề tài Tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến Trung tâm Nghiên cứu Đào tạo Thiết kế Vi mạch trực thuộc Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh (ICDREC), đồng nghiệp giúp đỡ nhiệt tình để có hội tham gia đề tài Cảm ơn Bố Mẹ, Vợ tạo điều kiện tốt suốt chặng đƣờng học sau đại học, cảm ơn bạn bè động viên, khích lệ, giúp đỡ mặt trình làm luận văn tốt nghiệp Trong trình làm luận văn thạc sỹ, có lẽ tránh khỏi sai sót, mong nhận đƣợc nhận xét, góp ý, hƣớng dẫn giúp đỡ quý thầy cô bạn iii TÓM TẮT JPEG2000 chuẩn quốc tế nén ảnh, đƣợc liên kết phát triển Tổ Chức International Organization for Standardization (ISO) Internaltional Electro technical Commission (IEC) đƣợc đề xuất Internetional Telecommunications Union (ITU) Chuẩn JPEG2000 đời khắc phục nhiều hạn chế JPEG ứng dụng tƣơng tác đa phƣơng tiện JPEG2000 đƣợc phát triển dựa lý thuyết biến đổi wavelet thay DCT nhƣ JPEG Có thể nói, nén ảnh phƣơng pháp JPEG2000 cho chất lƣợng tốt, tỷ lệ nén cao Tuy nhiên, thuật toán phức tạp tiêu tốn nhiều thời gian xử lý Đối với ứng dụng nhúng thiết bị cầm tay, vi xử lý đa dụng hệ thống không đủ khả để thực thuật toán thời gian thực (real time) Do vậy, hãng thiết kế vi mạch lớn cho đời lõi IP core chip IC nén ảnh theo thời gian thực, cải thiện tốc độ hệ thống Nội dung nghiên cứu tập trung vào xây dựng lõi IP cứng mềm nén ảnh theo tiêu chuẩn JPEG2000 iv ABSTRACT JPEG2000 is a new international standard for image compression This image compression standard is a result of collaborative efforts by the International Telecommunication Union (ITU), International Organization for Standardization (ISO), and International Electro technical Commission (IEC) JPEG2000 was born to overcome many limitations of the JPEG in the application of multimedia interactive The JPEG2000 algorithm has been developed based on the discrete wavelet transform (DWT) technique as opposed to the discrete cosine transform (DCT) based current JPEG We can say, JPEG2000 image compression method offers good quality, high compression ratio However, this algorithm is really complex and time-consuming process For embedded applications and handheld devices, the processor of the system has insufficient capacity to implement the algorithm in real time So, the large IC design companies have released the IP core and IC chip which can compress images in real time to improve system speed Research content focus on building a hard and soft IP core image compression standard JPEG2000 v MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Biên chấm luận văn tốt nghiệp thạc sỹ năm 2015 Phiếu nhận xét luận văn thạc sỹ Đơn xin phép sử dụng kết đề tài Danh sách tác giả thực đề tài KHCN cấp nhà nƣớc LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH HÌNH viii DANH SÁCH BẢNG xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xii 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nƣớc 1.1.2 Trong nƣớc 1.2 Một số ứng dụng JPEG2000 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài 1.5 Nhƣợc điểm đề tài 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu kế hoạch thực CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Khối biến đổi FDWT (Forward descrete wavelet transform) 2.2 Lƣợng tử 15 2.3 Lý thuyết tổng quan Quantization_buff 19 vi 2.4 Tổng quan lý thuyết khối ROI 19 CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP THIẾT KẾ LÕI IP TRÊN PHẦN CỨNG 22 3.1 Khối FDWT 22 3.1.1 Khối biến đối wavelet 22 3.1.2 Kiến trúc phần cứng khối FDWT 23 3.2 Thiết kế khối lƣợng tử 31 3.2.1 Tổng quát khối khối lƣợng tử 31 3.2.2 Phân tích thực 33 3.1.1 Tổng quát khối ROI 33 3.1.2 Chức chân 34 3.1.3 Sơ đồ thiết kế 36 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP KIỂM TRA THIẾT KẾ 45 4.1 Kiểm tra hoạt động khối DWT 45 4.2 Kiểm tra hoạt động khối lƣợng tử 50 4.3 Môi trƣờng kiểm tra ROI 52 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN MẠCH ĐIỆN TỬ FPGA 54 5.1 Sơ đồ khối hệ thống kiểm tra lõi IP nén ảnh JPEG2000 FPGA 54 5.2 Mô tả chức khối 56 5.3 Phƣơng pháp kiểm tra 57 5.4 Kết kiểm tra 57 5.5 Kết tổng hợp chạy mô 61 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN 67 vii DANH SÁCH CÁC HÌNH TRANG Hình 1: Ứng dụng JPEG2000 chụp ảnh y sinh Hình 2: Ứng dụng JPEG2000 điện ảnh Hình 3: Ứng dụng JPEG2000 trắc địa Hình 4: Một số công ty giới phát triển chíp nén ảnh JPEG2000 Hình 1: Sơ đồ hệ thống nén ảnh chuẩn JPEG2000 Hình 2: Dãy lọc biến đổi Wavelet 10 Hình 3: Phân chia băng sử dụng 2D-DWT với level 11 Hình 4: Kiến trúc khối top-level 2D-DWT 11 Hình 5: Dãy lọc biến đổi Wavelet 13 Hình 6: Kiến trúc Lifting 14 Hình 7: Biến đổi wavelet level 15 Hình 8: Cách thực thi tạo mặt nạ cho khối ROI 20 Hình 9: Phƣơng pháp biến đổi S + P 21 Hình 1: Module biến đổi wavelet 22 Hình 2: Kiến trúc Lifting DWT1 col 24 Hình 3: Đƣờng data level 24 Hình 4: Kiến trúc biến đổi FDWT 1d 25 Hình 5: Luồng data biến đổi FDWT 2d 26 Hình 6: Kiến trúc phần cứng 1d 27 Hình 7: Kiến trúc 2_stages_calc 28 Hình 8: Máy trạng thái col_calc_fsm 28 Hình 9: Máy trạng thái row_calc_fsm 29 viii Hình 10: Kiến trúc khối line_2_matrix 29 Hình 11: Máy trạng thái khối Align 30 Hình 12: Kiến trúc khối Align 30 Hình 13: Sơ đồ chân khối lƣợng tử 31 Hình 14: Sơ đồ khối thực lƣợng tử hóa 33 Hình 15: Sơ đồ chân khối ROI 34 Hình 16: Module ROI liên kết với module khác 37 Hình 17: Ví dụ delay AVALON_SHIFT bit 37 Hình 18: Data truyền module JPEG2000enc_mask 38 Hình 19: Cách tính Hn theo column 39 Hình 20: Cách tính Ln theo column 39 Hình 21: Data đƣợc chia theo hàng ngang 39 Hình 22: Data đƣợc chia level 40 Hình 23: Cách tạo nhiều data đƣợc tạo level 41 Hình 24: ROI_MASK đƣợc tạo LEVEL 41 Hình 25: Phân vùng sub-band 42 Hình 26: Bộ giải mã vùng FIFO 43 Hình 27: Sơ đồ thời gian module ROI 43 Hình 28: Phƣơng pháp shift down background 44 Hình 1: Dạng sóng tín hiệu khối FDWT lossy 47 Hình 2: Dạng sóng tín hiệu khối FDWT lossless 49 Hình 3: Môi trƣờng kiểm tra khối lƣợng tử 51 Hình 4: Sơ đồ kiểm tra môi trƣờng C 51 Hình 5: Sơ đồ kiểm tra môi trƣờng VCS 52 ix Hình 6: Dạng sóng tín hiệu khối Quantization 52 Hình 7: Sơ đồ kiểm tra khối ROI 53 Hình 1: Mô hình mô phần cứng 55 Hình 2: Bo mạch điện tử thực phô 55 Hình 3: Giao diện mô 56 Hình 4: Kết nén không tổn hao 58 Hình 5: Kết nén tổn hao 59 Hình 6: Kết nén chế độ có ROI 60 x DANH SÁCH BẢNG TRANG Bảng 1: Kế hoạch thực Bảng 1: Giá trị gain [11] 16 Bảng 2: Giá trị Ri [11] 17 Bảng 3: Giá trị mantissa exponent [11] 17 Bảng 4: Giá trị bƣớc nhảy lƣợng tử[11] 18 Bảng 1: Bảng tín hiệu chân chức 22 Bảng 2: Cấu hình module FDWT 23 Bảng 3: Sơ đồ chân chức khối lƣợng tử 31 Bảng 4: Thông số cấu hình khối lƣợng tử 32 Bảng 5: Chức chân tín hiệu 34 Bảng 6: Độ rộng bit phƣơng pháp shift down background [9] 44 Bảng 1: Kết nén DUT Cmodel chế độ Lossless level 1,2 61 Bảng 2: Kết nén DUT Cmodel chế độ Lossless level 62 Bảng 3: Kết nén DUT Cmodel chế độ Lossless level 4,5 62 Bảng 4: Kết nén DUT Cmodel chế độ Lossy level 1,2 63 Bảng 5: Kết nén DUT Cmodel chế độ Lossy level 64 Bảng 6: So sánh kết nén DUT Cmodel chế độ Lossy level 4,5 64 Bảng 7: Kết tổng hợp lõi nén ảnh JPEG2000 FPGA dòng Cyclone III 65 Bảng 8: Kết tổng hợp lõi IP nén ảnh JPEG2000 FPGA dòng Stratix III 66 Bảng 9: Thời gian nén hình kích thƣớc 128x128 256x256 67 Bảng 1: Bảng so sánh tài nguyên khối biến đổi FDWT 68 Bảng 2: Bảng so sánh độ rộng bit với chuẩn 68 Bảng 3: Nhƣợc điểm hƣớng phát triển 69 xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT: JPEG Joint Photographic Experts Group MCT Multi-Components Transform ICT Irreversible Color Transform RCT Reversible Color Transform PSNR Peak to Signal to Noise Ratio MSE Mean Square Error DCT Discrete Cosin Transform FDWT Forward Discrete Wavelet Transform RTL Register Transfer Level ASIC Application-Specific Integrated Circuit FPGA Field-Programmable Gate Array IP Intellectual Property FIFO First In First Out EBCOT Embedded Block Coding with Optimized Truncation DRC Design Rule Check LVS Layout versus Schematic GDS Graphic Design System RGB Red – Green – Blue AST Avalon Streaming AMM Avalon Memory Map RAM Random Access Memory ROI Regional Of Interest xii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Tình hình nghiên cứu nƣớc Trong năm gần đây, lĩnh vực công nghệ thông tin giới đặc biệt xử lý ảnh đạt bước tiến nhảy vọt Kèm theo đó, bùng nổ kỹ thuật mạng viễn thông dịch vụ, sản sinh lượng lớn nhu cầu lưu trữ ảnh số Trong tình hình đó, định dạng ảnh, tiêu chuẩn phương pháp nén ảnh đời, phát triển hoàn thiện Nhiều định dạng ảnh khác để mô tả việc lưu trữ file hình ảnh như: bmp; tif; pcx; gif; jpg Trong số hai định dạng gif jpg (hay jpeg) sử dụng rộng rãi khả nén ảnh tốt chúng, bmp thường cho file ảnh với dung lượng lớn nhiều so với jpeg Năm 1992, tiêu chuẩn nén ảnh JPEG – Part 1, gọi ISO/IEC 109181:1994, xuất Phiên định nghĩa yêu cầu hướng dẫn thiết yếu Tiếp theo đó, năm 1994, JPEG-Part 2, gọi ISO/IEC 10918-2:1995 xuất bản, định nghĩa luật kiểm tra tương thích Các phần mở rộng JPEG xuất vào năm Nguyên lý phương pháp nén JPEG là: Cắt hình ảnh thành khối nhỏ, phân tích tất liệu màu sắc, độ sáng mà khối chứa phương trình ma trận Ảnh màu không gian RGB (Red, Green, Blue) chuyển đổi qua hệ YUV Trong thị giác người lại nhạy cảm với hệ Y, nhạy cảm nhiều với hệ U, V Hệ thống nén thành phần Y ảnh mức độ nhiều so với U V Kế tiếp dùng biến đổi Cosin rời rạc, sau mã hóa theo phương pháp Hoffman Khi giải nén ảnh, bước thực thi làm ngược lại trình nói Tuy nhiên, chuẩn JPEG số hạn chế, dần lỗi thời so với nhu cầu phát triển công nghệ thông tin giới Ví dụ, kỹ thuật nén JPEG làm thông tin lúc giải nén, nén với hệ số cao thông tin nhiều giải nén Vì để giải vấn đề này, năm 2000, tiêu chuẩn JPEG2000 – Part xuất Với JPEG2000 kỹ thuật xử lý hình ảnh đạt kết ngoạn mục nén nhỏ từ 100-200 lần mà hình ảnh không sai sót so với hình ảnh gốc Nhưng đâu điểm khác biệt để kỹ thuật JPEG2000 vượt trội hẳn so với JPEG? JPEG2000 hệ thống mã hóa hình ảnh mà kỹ thuật nén dựa kỹ thuật sóng ngắn (wavelet transform) Là tiện ích toán học cho phép mô tả công thức đơn giản xảy thời điểm xác tín hiệu Với chuỗi sóng ngắn, cần biểu diễn vài công thức, đường biểu diễn không mà không cần phải mô tả đặc tính điểm Và lẽ dĩ nhiên hữu ích phân tích tỉ mỉ file ảnh kỹ thuật số Thuật toán kỹ thuật JPEG2000 chọn số nhỏ sóng ngắn, sóng lập lại nơi khác nhau, tỷ lệ khác mô tả xác tín hiệu hình ảnh Tập liệu hình ảnh nén không chứa nhiều số lượng vị trí giãn nở sóng ngắn Và kỹ thuật mã hóa theo khối, theo khu vực ưu tiên hình ảnh (ROI -Regional Of Interest) áp dụng tiến đáng kể thuật toán mã hóa JPEG2000 Có thể nói, nén ảnh phương pháp JPEG2000 cho chất lượng tốt, tỷ lệ nén cao Tuy nhiên, thuật toán phức tạp tiêu tốn nhiều thời gian xử lý Đối với ứng dụng nhúng thiết bị cầm tay, vi xử lý đa dụng hệ thống không đủ khả để thực thuật toán thời gian thực (real time) Do vậy, hãng thiết kế vi mạch lớn cho đời lõi IP core chip IC nén ảnh theo thời gian thực, cải thiện tốc độ hệ thống Đây xu hướng phát triển tất yếu 1.1.2 Trong nƣớc Trong nước có đề tài làm thiết lõi IP JPEG2000 gồm Đề tài Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu thiết kế lõi IP mềm cứng thực thực nén ảnh theo tiêu chuẩn JPEG2000 Chủ nhiệm đề tài/dự án: TS Đặng Trọng Trình Cơ quan chủ trì: Trung tâm Nghiên cứu Đào tạo Thiết kế Vi mạch Đề tài thứ 2: Nghiên cứu, thiết kế chế tạo thử nghiệm chip nén ảnh theo tiêu chuẩn JPEG2000 chip adc đa thử nghiệm y tế Mã số KC.01.13/11-15 Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Minh Khánh Ngọc Cơ quan chủ trì: Trung tâm Nghiên cứu Đào tạo thiết kế vi mạch 1.2 Một số ứng dụng JPEG2000  Chụp ảnh y sinh Hình 1-1: Ứng dụng JPEG2000 chụp ảnh y sinh Hình 1-2: Ứng dụng JPEG2000 điện ảnh  Phim “Stealth”: Bản thử nghiệm phim chuẩn JPEG2000 liên hoan phim Tokyo, năm 2005  Phim “The Shaggy Dog”: Bộ phim kỹ thuật số truyền qua vệ tinh, năm 2006  Phim “Chicken Little”: Bộ phim 3D với tham gia DCI, năm 2005  Phim “Corpse Bride”: Bộ phim làm với chất lượng 4K dựa tiêu chuẩn DCI, năm 2005 Hình 1-3: Ứng dụng JPEG2000 trắc địa Camera HiRISE • Dự án chụp ảnh Hỏa tinh • Lưu trữ ảnh chưa nén tới 28Gbit • Nén ảnh tiêu chuẩn JPEG2000 truyền vệ tinh với dung lượng tối đa 11.2 Gbit Vệ tinh SkySat-1 • Vệ tinh mắt tháng 11 năm 2013 • Vệ tinh thương mại ảnh độ phân giải siêu cao hỗ trợ JPEG2000 Vệ tinh World View-2 • Vệ tinh quan sát Trái Đất mắt tháng 10 năm 2009 • Vệ tinh thương mại ảnh độ phân giải siêu cao hỗ trợ JPEG2000 Thế giới có công ty phát triển chíp xử lý ảnh JPEG200 logo công ty Hình 1-4 Hình 1-4: Một số công ty giới phát triển chíp nén ảnh JPEG2000 1.3 Mục đích đề tài Thực chuẩn nén ảnh JPEG2000 nén phần cứng mạch điện tử FPGA (DE3 Atera) Giảm dung lượng hình ảnh xuống mà chất lượng hình ảnh chấp nhận Để kiểm tra tính khách quan luận văn dùng openjpeg để kiểm tra trình mô kết nghiên cứu VCS, modelsim quartus 1.4 Nhiệm vụ đề tài  Thực giải thuật tương thích tiêu chuẩn ISO/IEC 15444-1  Hỗ trợ nén tổn hao, không tổn hao  Hỗ trợ thành phần màu 24bit thành phần màu 8bit Và thành phần màu 16bit  Hỗ trợ kích thước code block 16x16, 32x32, 64x64  Hỗ trợ 2D DWT với thông số lọc 5/3 9/7, level 1  Thực kiểm tra với nhiều trường hợp khác  Thực chương trình bo mạch FPGA để đánh giá tốc độ tài nguyên 1.5 Nhƣợc điểm đề tài  Cần dung lượng RAM lớn để lưu liệu  Tốc độ nén với hình hớn chưa thời gian thực  Không tổng hợp lõi IP ASIC 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu kế hoạch thực Dựa vào chuẩn nén ảnh JPEG2000 để tìm hiểu lý thuyết, tìm chọn lọc tài liệu liên quan đến nén ảnh Tìm giải thuật phù hợp cải tiến khối chuận JPEG2000, sau vẽ sơ đồ khối từ khối nhỏ, vẽ trúc phần cứng, lập trình, trình kiểm tra, mô cho khối, sau tiến hành lên kế hoạch thực hiện, viết chương trình kiểm tra matlab, C/C++ để kiểm tra chức khối Bảng 1-1 thời gian thực đề tài luận văn thạc sỹ Thời gian thực hiện: 18 tháng bao gồm: - tháng thực chuyên đề - tháng thực chuyên đề - tháng để hoàn thành luận văn Bảng 1-1: Kế hoạch thực Stt Nội dung phải thực Tháng Tìm tài liệu đọc chọn lọc tài liệu uy tín liên quan đến luận văn [...]... tâm Nghiên cứu và Đào tạo Thiết kế Vi mạch Đề tài thứ 2: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thử nghiệm chip nén ảnh theo tiêu chuẩn JPEG2000 và chip adc đa năng thử nghiệm trong y tế Mã số KC.01.13/11-15 Chủ nhiệm đề tài: ThS Nguyễn Minh Khánh Ngọc Cơ quan chủ trì: Trung tâm Nghiên cứu và Đào tạo thiết kế vi mạch 1.2 Một số ứng dụng của JPEG2000  Chụp ảnh y sinh Hình 1-1: Ứng dụng JPEG2000 chụp ảnh y... time) Do vậy, các hãng thiết kế vi mạch lớn đã cho ra đời các lõi IP core và các chip IC có thể nén ảnh theo thời gian thực, cải thiện tốc độ hệ thống Đây cũng là xu hướng phát triển tất yếu 1.1.2 Trong nƣớc Trong nước hiện có 2 đề tài làm về thiết lõi IP JPEG2000 gồm 2 Đề tài 1 Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu và thiết kế lõi IP mềm và cứng thực hiện thực hiện nén ảnh theo tiêu chuẩn JPEG2000 Chủ nhiệm đề... để kiểm tra và quá trình mô phỏng kết quả nghiên cứu bằng VCS, modelsim và quartus 2 1.4 Nhiệm vụ của đề tài  Thực hiện giải thuật tương thích tiêu chuẩn ISO/IEC 15444-1  Hỗ trợ nén tổn hao, không tổn hao  Hỗ trợ 3 thành phần màu 24bit trong đó 1 thành phần màu 8bit Và 1 thành phần màu 16bit 6  Hỗ trợ kích thước code block là 16x16, 32x32, 64x64  Hỗ trợ 2D DWT với thông số lọc 5/3 và 9/7, level... 5 3: Kết quả nén của DUT và Cmodel chế độ Lossless level 4,5 62 Bảng 5 4: Kết quả nén của DUT và Cmodel chế độ Lossy level 1,2 63 Bảng 5 5: Kết quả nén của DUT và Cmodel chế độ Lossy level 3 64 Bảng 5 6: So sánh kết quả nén của DUT và Cmodel chế độ Lossy level 4,5 64 Bảng 5 7: Kết quả tổng hợp lõi nén ảnh JPEG2000 trên FPGA dòng Cyclone III 65 Bảng 5 8: Kết quả tổng hợp lõi IP nén ảnh JPEG2000 trên... cao hỗ trợ JPEG2000 5 Thế giới hiện có 6 công ty phát triển chíp xử lý ảnh JPEG200 logo các công ty trong Hình 1-4 Hình 1-4: Một số công ty trên thế giới đã phát triển chíp nén ảnh JPEG2000 1.3 Mục đích của đề tài Thực hiện chuẩn nén ảnh JPEG2000 nén trên phần cứng mạch điện tử FPGA (DE3 Atera) Giảm dung lượng hình ảnh xuống mà chất lượng hình ảnh vẫn chấp nhận được Để kiểm tra tính khách quan trong. .. tốc độ và tài nguyên 1.5 Nhƣợc điểm đề tài  Cần một dung lượng RAM lớn để lưu dữ liệu  Tốc độ nén với hình hớn thì chưa được thời gian thực  Không tổng hợp lõi IP này trên ASIC 1.6 Phƣơng pháp nghiên cứu và kế hoạch thực hiện Dựa vào chuẩn nén ảnh JPEG2000 để tìm hiểu lý thuyết, tìm và chọn lọc những tài liệu liên quan đến nén ảnh Tìm những giải thuật phù hợp và cải tiến từng khối trong chuận JPEG2000, ... chung về lĩnh vực nghiên cứu 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc Trong những năm gần đây, lĩnh vực công nghệ thông tin thế giới và đặc biệt là xử lý ảnh đã đạt được những bước tiến nhảy vọt Kèm theo đó, là sự bùng nổ của kỹ thuật mạng viễn thông và các dịch vụ, sản sinh một lượng lớn nhu cầu về lưu trữ ảnh số Trong tình hình đó, các định dạng ảnh, tiêu chuẩn và phương pháp nén ảnh lần lượt được ra... của hình ảnh (ROI -Regional Of Interest) được áp dụng cũng là một tiến bộ đáng kể trong thuật toán mã hóa JPEG2000 Có thể nói, nén ảnh bằng phương pháp JPEG2000 cho chất lượng tốt, tỷ lệ nén cao Tuy nhiên, thuật toán phức tạp và tiêu tốn nhiều thời gian xử lý Đối với các ứng dụng nhúng và các thiết bị cầm tay, các bộ vi xử lý đa dụng của hệ thống không đủ khả năng để thực hiện thuật toán trong thời... Ứng dụng JPEG2000 trong trắc địa Camera HiRISE • Dự án chụp ảnh Hỏa tinh • Lưu trữ ảnh chưa nén tới 28Gbit • Nén ảnh tiêu chuẩn JPEG2000 và truyền vệ tinh với dung lượng tối đa 11.2 Gbit Vệ tinh SkySat-1 • Vệ tinh ra mắt tháng 11 năm 2013 • Vệ tinh thương mại ảnh độ phân giải siêu cao hỗ trợ JPEG2000 Vệ tinh World View-2 • Vệ tinh quan sát Trái Đất ra mắt tháng 10 năm 2009 • Vệ tinh thương mại ảnh độ... được chuyển đổi qua hệ YUV Trong khi thị giác của con người lại rất nhạy cảm với hệ Y, ít nhạy cảm hơn nhiều với hệ U, V Hệ thống sẽ nén thành phần Y của ảnh ở mức độ ít hơn nhiều so với U và V Kế tiếp là dùng biến đổi Cosin rời rạc, sau nữa là mã hóa theo phương pháp Hoffman Khi giải nén ảnh, các bước thực thi sẽ làm ngược lại quá trình nói trên Tuy nhiên, chuẩn JPEG vẫn còn một số hạn chế, và đã dần