Trong những năm gần đây với nhu cầu các dịch vụ dữ liệu trên mạng di động, nhất là dữ liệu đa phương tiện tăng nhanh dẫn đến nảy sinh nhiều vấn đề đặt như làm thế nào tìm được kỹ thuật mã hóa dữ liệu then chốt tăng hiệu quả để lưu trữ và truyền tải dữ liệu này một cách nhanh nhất. Trong đồ án này sẽ đi vào trình bày kỹ thuật nén ảnh tĩnh theo chuẩn nén JPEG được phát triển từ năm 1992. Nội dung chính của đồ án như sau:Chương 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH.Nội dung chính của chương nêu khái quát về lịch sử ra đời, phát triển của xử lý ảnh, một số khái niệm cơ bản có liên quan đến xử lý ảnh như là: điểm ảnh, màu, mức xám…. Dựa trên những khái niệm này để ta có thể tìm hiều sâu, phục vụ nghiên cứu cho quá trình nén ảnh. Có 4 cách tiếp cận cơ bản trong nén ảnh:•Nén ảnh thống kê: Kỹ thuật nén này dựa vào việc thống kê tần xuất xuất hiện của giá trị các điểm ảnh, trên cơ sở đó mà có chiến lược mã hóa thích hợp. •Nén ảnh không gian: Kỹ thuật này dựa vào vị trí không gian của các điểm ảnh để tiến hành mã hóa.•Nén ảnh sử dụng phép biến đổi: Đây là kỹ thuật tiếp cận theo hướng nén không bảo toàn, dựa vào các phép biến đổi để nén dữ liệu. •Nén ảnh Fractal: Sử dụng tính chất Fractal của các đối tượng ảnh, thể hiện sự lặp lại của các chi tiết.Nêu ra 1 số ứng dụng của xử lý ảnh trong đời sống hiện nay.Chương 2: CÁC KỸ THUẬT NÉN ẢNH. Nội dung chính của chương đi tìm hiểu về các kĩ thuật nén ảnh và tiêu chí để đánh giá chất lượng hình ảnh sau khi nén. Nêu ra một số khái niệm cơ bản như: điểm ảnh, mức xám, tỉ lệ nén ảnh,... Các hình thức phân loại phương pháp nén ảnh như:•Theo nguyên lí nén: Nén tổn hao Nén không tổn hao•Theo cách thực hiện nén: Phương pháp không gian Phương pháp sử dụng biến đổiNêu ra 1 số phương pháp nén không tổn hao, tổn hao như phương pháp mã hóa Huffman, phương pháp mã LZW (LempelZivWelch), phương pháp mã hóa RLC (Run Length Coding), phương dự đoán tổn hao và không tổn hao, ….Trong đó phương pháp dự đoán tổn hao khác với dự đoán không tổn hao là có thêm bộ lượng tử hóa, giá trị sai lệch giữa giá trị dự đoán với giá trị gốc sẽ được mã hóa entropi sau khi đã được lượng tử hóa và quá trình lượng tử hóa làm tổn hao dữ liệu. Đồng thời còn có phương pháp nén ảnh sử dụng biến đổi không gian tín hiệu, nguyên lý chung của các phương pháp nén này là sử dụng các phép biến đổi tuyến tính (như biến đổi Fourier, biến đổi DCT v.v.) để ánh xạ ảnh số sang không gian khác. Ngoài ra giới thiệu một vài tiêu chuẩn nén ảnh tĩnh và động hiện nay. Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH TĨNH THEO CHUẨN JPEG.Nội dung chính của chương làm rõ quá trình thực hiện nén ảnh theo chuẩn nén JPEG. Cấu trúc chương gồm:Khái niệm về chuẩn nén JPEG:JPEG (Joint Photographic Expert Group ) được thành lập vào năm 1982. Năm 1986, JPEG chính thức được thiết lập nhờ sự kết hợp giữa nhóm ISOIEC và ITV. Chuẩn JPEG được ứng dụng để nén ảnh tĩnh đơn sắc và ảnh màu. Hệ số nén ảnh tĩnh theo phương pháp JPEG có thể đạt từ 10 – 50 (lần) mà không làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng hiển thị của ảnh. Ảnh màu được chia thành các ảnh đơn sắc sau đó qua biến đổi DCT, lượng tử hóa, mã hóa entropy và kết hợp với header tạo thành file ảnh nén theo chuẩn JPEG.Các bước tiến hành:•Chuyển đổi ảnh từ không gian màu RGB sang YCrCb, chia thành block 8x8•Biến đổi DCT•Lượng tử hóa•Quét ZigZag •Mã hóa Entropy•Ghi lại vào file jpegNén JPEG lũy tiếnChương 4: QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ.Nội dung chính của chương trình bày các bước tiến hành, thực hiện và đánh giá kết quả của chương trình nén ảnh JPEG.Sơ đồ khối cho quá trình nén ảnh của chuẩn nén JPEG.
CÁC TỪ VIẾT TẮT JPEG Joint Photographic Experts Group CCITT Consultative Committee for International Telephone and Telegraph CIF Common Intermediate Format DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Cosine rời rạc DPCM Differized Pulse Code Modulation Điều xung mã vi sai GIF Graphics Interchange Format ISDN Integrated Services Digital Network Mạng kỹ thuật số các dịch vụ tổng hợp ISO International Organization for Standardization Tổ chức tiêu chuẩn hóa quốc tế ITU International Telecommunication Union LZW Lempel-Ziv-Welch Tên tổ chức nghiên cứu các chuẩn nén ảnh Mã hóa từ điển Trang: MPEG The Moving Picture Experts Group Tên viết tắt hội phim ảnh giới MSE Mean Square Error Sai số bình phương trung bình NTSC National Television System Committee Ủy ban hệ thống truyền hình quốc gia PAL Phase Alternative Line PSNR Peak Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu đỉnh nhiễu PSTN Public Switched Telephone Mạng chuyển mạch điên thoại công cộng QCIF Quarter Common Intermediate Format RLC Run Length Coding SECAM Sequential Color with Memory SQCIF Sub Quarter Common Intermediate Format SSIM The structural similarity TIFF Tagged Image File Format Mã hoá loạt dài Chỉ số tương quan cấu trúc Trang: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH 1.1 Giới thiệu chương: Nội dung chương vào tìm hiểu lịch sử phát triển xử lý ảnh, nghiên cứu giải thích giới thiệu vấn đề bản liên quan đến xử lý ảnh như: khử nhiễu, chỉnh mức xám, trích chọn đặc trưng, nhận dạng, nén ảnh… Đồng thời nêu số ứng dụng xử lý ảnh phát triển đời sống Nội dung chương bao gồm các phần: Lịch sử phát triển xử lý ảnh Xử lý ảnh Các vấn đề bản xử lý ảnh Một số ứng dụng xử lý ảnh 1.2 Lịch sử phát triển xử lý ảnh: • • • • Do nhu cầu phát triển dẫn đến nảy sinh nhiều vấn đề làm để chất lượng ảnh được tốt hơn, giảm dung lượng ảnh làm khả truyền tải nhanh hơn, chỉnh biến dạng ảnh, khử vét bẩn ảnh… Vì vậy xử lý ảnh cần thiết phải đời nhằm giải cho các vấn đề đó Phương pháp xử lý ảnh bắt đầu từ hai ứng dụng chính: nâng cao chất lượng thông tin ảnh xử lý số liệu cho máy tính Ứng dụng được biết đến việc nâng cao chất lượng ảnh báo truyền từ London đến New York vào năm 1920 qua đường cáp Bartlane • • Mã hóa liệu khôi phục ảnh Thời gian truyền ảnh từ tuần tiếng Việc nâng cao chất lượng ảnh thức phát triển vào khoảng năm 1955 sau chiến II máy tính phát triển tạo điều kiện cho quá trình xử lý ảnh số được thuận lợi Từ năm 1960 trở sau các phương tiện xử lý, nâng cao chất lượng, nhận dạng ảnh phát triển không ngừng áp dụng rộng rãi đời sống thu được nhiều kết quả, đặc biệt đầu năm 1970 xử lý ảnh phục vụ vào các ứng dụng ảnh các lĩnh vực Trang: y học, địa chất, thiên văn học, khí tượng học… Đến xử lý ảnh có bước tiến dài nhiều ngành khoa học từ ứng dụng đơn giản đến phức tạp, các phương pháp cách thức xử lý ảnh ngày được nghiên cứu, phát triển để phục vụ cho nhu cầu phát triển khoa học, sống loài người Sau vài hình ảnh minh họa cho thấy quá trình phát triển xử lý ảnh: Hình 1.1: Ảnh số được tạo từ băng mã hóa máy in điện tín, năm 1921 [5] Hình 1.2: Ảnh số được tạo từ card đục lỗ sau lần truyền qua Đại Tây Dương, năm 1922 [5] Hệ thống có khả mã hóa hình ảnh với mức xám tăng lên 15 vào năm 1929 Trang: Hình 1.3: Ảnh 15 cấp độ xám được truyền từ London đến New Yord, năm 1929 [5] Vào 32/07/1964, ảnh mặt trăng đưa Trái Đất thông qua các máy chụp tàu vũ trụ Ranger được đưa đến phòng thí nghiệm Jet Pulsion ( Pasadena, California ) cho máy tính xử lý chỉnh méo Hình 1.4: Ảnh mặt trăng đầu tiên, năm 1964 [5] 1.3 Xử lý ảnh : Mọi thông tin có môi trường sống được cảm nhận thông qua các giác quan, đó thị giác giữ vai trò quan trọng Thị giác quan cảm nhận hình ảnh quang học tương đối hoàn hảo, cho phép người cảm nhận được hình ảnh quang học thiên nhiên đối với sóng điện từ có bước sóng giới hạn định mà ảnh đưa vào xử lý có thể được tạo các nguồn xạ có phổ rộng Những năm trở lại với phát triển phần cứng máy tính, xử lý ảnh đồ hoạ đó Trang: phát triển cách mạnh mẽ có nhiều ứng dụng sống Xử lý ảnh đồ hoạ đóng vai trò quan trọng tương tác người máy Quá trình xử lý ảnh được xem quá trình thao tác ảnh đầu vào qua khâu xử lý nhằm cho kết quả mong muốn Kết quả đầu quá trình xử lý ảnh có thể ảnh “tốt hơn” hoặc kết luận đó Ảnh “Tốt hơn” Ảnh Xử lý ảnh Kết luận Hình 1.5: Sơ đồ quá trình xử lý ảnh [2] Ảnh có thể xem tập hợp các điểm ảnh điểm ảnh được xem đặc trưng cường độ sáng hay dấu hiệu đó vị trí đó đối tượng không gian nó có thể xem hàm n biến P(c1, c2, , cn) Do đó, ảnh xử lý ảnh có thể xem ảnh n chiều Sơ đồ tổng quát hệ thống xử lý ảnh: Hệ định Thu nhận ảnh (Camera, Senser, Scanner) Tiền xử lý Trích chọn đặc trưng Hậu xử So sánh lý Lưu trữ Trang: kết luận Hình 1.6: Sơ đồ tổng quát hệ thống xử lý ảnh [2] Các cấp độ xử lý ảnh: • • • • Level 0: Thu nhận ảnh, lấy mẫu, lượng tử hóa, nén Level 1: Tăng cường ảnh, khôi phục ảnh, phân đoạn ảnh Level 2: Trích chọn đặc trưng (khai thác lựa chọn tính năng) Level 3: Tham số định (công nhận giải thích) 1.4 Các vấn đề xử lý ảnh: 1.4.1 Một số khái niệm bản: Gốc ảnh (trong tự nhiên) ảnh liên tục không gian độ sáng Để xử lý bằng máy tính, ảnh cần phải được số hóa Số hóa ảnh biến đổi gần ảnh liên tục thành tập điểm phù hợp với ảnh thật vị trí (không gian) độ sáng Vì ta có: • Điểm ảnh ảnh: Điểm ảnh được xem đặc trưng cường độ sáng hay dấu hiệu đó toạ độ đó không gian đối tượng ảnh được xem tập hợp các điểm ảnh • Mức xám màu: Là số các giá trị có thể có (độ sáng ) các điểm ảnh ảnh 1.4.2 Nắn chỉnh biến dạng: Ảnh được thu nhận thông qua các thiết bị quang học điện tử thường xuất biến dạng, cần phải nén chỉnh ảnh thành ảnh tốt Trang: Hình 1.7: (a) Ảnh thu nhận - (b) Ảnh mong muốn [2] Để khắc phục người ta sử dụng các phép chiếu các phép chiếu thường được xây dựng sở tập hợp các điểm điều khiển Giả sử (Pi ,Pi’) i = , n có n các tập điều khiển Tìm hàm f: Pi (Pi) cho: || f(Pi) – Pi’||2 [2] (1.1) Giả sử ảnh bị biến đổi bao gồm: Tịnh tiến, quay, tỷ lệ, biến dạng bậc tuyến tính Khi đó hàm f có dạng: f(x, y) = (a1x + b1y + c1, a2x + b2y + c2) [2] (1.2) Ta có: = (f(Pi) – Pi’)= (a1xi + b1yi + c1 - xi’)2+(a2xi + b2yi + c2 - xi’)2 [2] (1.3) Trang: Để cho → : Giải hệ phương trình tuyến tính tìm được: a1,b1,c1 Tương tự tìm được: a2, b2, c2 ⇒ Xác định được hàm f 1.4.3 Khử nhiễu: Trong quá trình thu nhận ảnh thường xuất nhiễu gây ảnh hưởng đến chất lượng ảnh Có loại nhiễu bản: • Nhiễu hệ thống: Là nhiễu xảy theo 1quy luật cụ thể đó có thể khử bằng • các phép biến đổi Nhiễu ngẫu nhiên: Là vết bẩn xuất không rõ nguyên nhân đó có thể khử bằng các phép lọc 1.4.4 Chỉnh mức xám: Trong hệ thống thu nhận ảnh gây xuất tính không đồng đều, để khắc phục thông thường có hướng tiếp cận: Trang: • Giảm số mức xám: Thực bằng cách nhóm các mức xám gần thành bó, trường hợp có mức xám chuyển ảnh đen trắng Ứng dụng: In ảnh màu máy in đen trắng • Tăng số mức xám: Thực nội suy các mức xám trung gian bằng kỹ thuật nội suy Kỹ thuật nhằm tăng cường độ mịn cho ảnh 1.4.5 Trích chọn đặc trưng: Các đặc trưng đối tượng được trích chọn tuỳ theo mục đích xử lý ảnh, có thể nêu số đặc trưng bản xử lý ảnh sau đây: • Đặc trưng không gian: Phân bố mức xám, phân bố xác suất, biên độ, điểm uốn v.v • Đặc trưng biến đổi: Các đặc điểm loại được trích chọn bằng việc thực lọc vùng (zonal filtering) Các vùng được gọi “mặt nạ đặc điểm” (feature mask) thường các khe hẹp với hình dạng khác (chữ nhật, tam giác, cung tròn v.v ) • Đặc trưng biên đường biên: Rất hữu ích việc trích chọn các thuộc tính bất biến được dùng nhận dạng đối tượng, các đặc trưng có thể được trích chọn nhờ toán tử gradient, toán tử la bàn, toán tử Laplace, toán tử “chéo không” (zero crossing) v.v Việc trích chọn hiệu quả các đặc trưng giúp cho việc nhận dạng các đối tượng ảnh xác, với tốc độ tính toán cao dung lượng nhớ lưu trữ giảm xuống 1.4.6 Nhận dạng: Nhận dạng tự động (automatic recognition), mô tả đối tượng, phân loại phân nhóm các mẫu vấn đề quan trọng thị giác máy, được ứng dụng nhiều ngành khoa học khác Tuy nhiên, câu hỏi đặt là: mẫu (pattern) gì? Watanabe, người đầu lĩnh vực định nghĩa: “Ngược lại Trang: 10 Kodim08.png(769KB) Q=50 Kodim08.jpg(73.6KB) Q=90 Kodim08.jpg(168KB) Kodim11.pnp(606KB) Q=50 Kodim11.jpg(51KB) Q=90 Kodim11.jpg(120KB) Kodim12.png(518KB) Q=50 Kodim12.jpg(37.4KB) Q=90 Kodim12.jpg(88.1KB) Trang: 50 Kodim13.png(803KB) Q=50 Kodim13.jpg(77.9KB) Q=90 Kodim13.jpg(189KB) Kodim19.png(655KB) Q=50 Kodim19.jpg(47.2KB) Q=90 Kodim19.jpg(115KB) Kodim21.png(622KB) Q=50 Kodim21.jpg(48KB) Q=90 Kodim21.jpg(117KB) Trang: 51 Kodim24.png(689KB) Q=50 Kodim24.jpg(59.2KB) Q=90 Kodim24(141KB) RGB_007.png(595KB) Q=50 RGB_007.jpg(45KB) Q=90 RGB_013.jpg(102KB) RGB_011.png(586KB) Q=50 RGB_011.jpg(44.3KB) Q=90 RGB_011.jpg(108KB) Trang: 52 RGB_013.png(545KB) Q=50 RGB_013.jpg(39.5KB) Q=90 RGB_013.jpg(88.9KB) RGB_014.png(498KB) Q=50 RGB_014.jpg(38.9KB) Q=90 RGB_014.jpg(85.6KB) RGB_016.png(721KB) Q=50 RGB_016.jpg(60.5KB) Q=90 RGB_016.jpg(149KB) Trang: 53 RGB_020.png(732KB) Q=50 RGB_020.jpg(60.2KB) Q=90 RGB_020.jpg(148KB) RGB_021.png(524KB) Q=50 RGB_021.jpg(40KB) Q=90 RGB_021.jpg(87.9KB) RGB_023.png(684KB) Q=50 RGB_023.jpg(53.2KB) Q=90 RGB_023.jpg(121KB) Trang: 54 RGB_024.png(669KB) Q=50 RGB_024.jpg(55.4KB) Q=90 RGB_024.jpg(134KB) RGB_028.png(535KB) Q=50 RGB_028.jpg(35.7KB) Q=90 RGB_028.jpg(78.9KB) RGB_029.png(621KB) Q=50 RGB_029.jpg(48.9KB) Q=90 RGB_029.jpg(113KB) Trang: 55 Bảng đánh giá so sánh dung lượng, tỷ lệ nén chất lượng các ảnh nén dựa vào số SSIM (Chỉ số SSIM được định nghĩa chương 2) có đầu vào: ẢNH GỐC Lenna (462KB) Q=50 SSIM 30KB(0.065) 0.9076 Kodim03 (491KB) 36.1KB(0.074) 0.9245 Kodim07 (553KB) 44KB(0.08) 0.9414 Kodim08 (769KB) Kodim11 (606KB) 73.6KB(0.096) 0.8961 51KB(0.084) 0.8718 Kodim12 (518KB) 37.4KB(0.072) 0.9040 Kodim13 (803KB) Kodim19 (655KB) 77.9KB(0.097) 0.8488 47.2KB(0.072) 0.8921 Kodim21 (622KB) 48KB(0.077) 0.9074 Kodim24 (689KB) 59.2KB(0.086) 0.8944 ẢNH GỐC RGB_R02_0600x0600_00 (595KB) RGB_R02_0600x0600_01 Q=75 SSIM 44.5KB(0.096 ) 0.9329 50.5KB(0.102 ) 0.9524 61.1KB(0.109 ) 0.9628 105KB(0.137) 0.9370 73.8KB(0.122 ) 0.9244 53.4KB(0.103 ) 0.9358 116KB(0.144) 0.9139 68.5KB(0.104 ) 0.9293 69.2KB(0.111 ) 0.9378 86.2KB(0.125 ) 0.9367 Q=90 SSIM 79.7KB(0.172 ) 0.9522 81KB(0.165) 0.9708 96.2KB(0.174 ) 0.9728 168KB(0.218) 0.9583 120KB(0.198) 0.9537 88.1KB(0.17) 0.9588 189KB(0.235) 0.9589 115KB(0.175) 0.9570 117KB(0.188) 0.9592 141KB(0.204) 0.9630 Q=50 SSIM 45KB(0.075) 0.9277 Q=75 SSIM 63.9KB(0.107) 0.9551 Q=90 SSIM 102KB(0.171) 0.9697 44.3KB(0.075) 65.1KB(0.111) 108KB(0.184) Trang: 56 (586KB) RGB_R02_0600x0600_01 (545KB) RGB_R02_0600x0600_01 (498KB) RGB_R02_0600x0600_01 (721KB) RGB_R02_0600x0600_02 (732KB) RGB_R02_0600x0600_02 (524KB) RGB_R02_0600x0600_02 (684KB) RGB_R02_0600x0600_02 (669KB) RGB_R02_0600x0600_02 (535KB) RGB_R02_0600x0600_02 (621KB) 0.8732 0.9220 0.9538 39.5KB(0.072) 0.9495 55.2KB(0.101) 0.9677 88.9KB(0.163) 0.9763 38.9KB(0.078) 0.9424 53.5KB(0.107) 0.9633 85.6KB(0.182) 0.9751 60.5KB(0.084) 0.8815 90.9KB(0.126) 0.9301 149KB(0.206) 0.9616 60.2KB(0.082) 0.8903 89.1KB(0.122) 0.9295 148KB(0.202) 0.9566 40KB(0.076) 0.9142 56KB(0.107) 0.9486 87.9KB(0.167) 0.9632 53.2KB(0.077) 0.9230 75.6KB(0.11) 0.9519 121KB(0.177) 0.9641 52.4KB(0.078) 0.8624 82.9KB(0.124) 0.9246 134KB(0.2) 0.9568 35.7KB(0.066) 0.8931 49.7KB(0.093) 0.9298 78.9KB(0.147) 0.9478 48.9KB(0.078) 0.9185 70.1KB(0.113) 0.9495 113KB(0.182) 0.9653 4.5 Đánh giá kết quả: Dựa vào kết quả bảng đánh giá so sánh dung lượng chất lượng ảnh trên, nhận thấy Q tăng tỉ lệ nén tăng Chuẩn nén ảnh JPEG có khả nén cao so với các chuẩn nén ảnh tĩnh có trước với ảnh đầu vào Trang: 57 Cùng điều kiện vào, ảnh khác cho khả nén ảnh chất lượng ảnh khác Khi thông số Q tăng số SSIM ảnh tăng, tức cho ảnh nén đầu có chất lượng tốt hơn, giống với ảnh gốc 4.6 Kết luận chương: Dựa vào kết quả thực nghiệm trên, phương pháp nén ảnh tĩnh theo chuẩn JPEG cho tỉ lệ nén cao với chất lượng ảnh vẫn được đảm bảo so sánh với cấu trúc ảnh gốc Điều cho ta nhận định, đánh giá ban đầu phương pháp nén ảnh theo chuẩn nén ảnh JPEG có chất lượng nén trội các chuẩn nén ảnh có trước nó phát triển kế thừa chuẩn nén ảnh đó Trang: 58 TÓM TẮT Trong năm gần với nhu cầu các dịch vụ liệu mạng di động, liệu đa phương tiện tăng nhanh dẫn đến nảy sinh nhiều vấn đề đặt làm tìm được kỹ thuật mã hóa liệu then chốt tăng hiệu quả để lưu trữ truyền tải liệu cách nhanh Trong đồ án vào trình bày kỹ thuật nén ảnh tĩnh theo chuẩn nén JPEG được phát triển từ năm 1992 Nội dung đồ án sau: Chương 1: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ ẢNH Nội dung chương nêu khái quát lịch sử đời, phát triển xử lý ảnh, số khái niệm bản có liên quan đến xử lý ảnh là: điểm ảnh, màu, mức xám… Dựa khái niệm để ta có thể tìm hiều sâu, phục vụ nghiên cứu cho quá trình nén ảnh Có cách tiếp cận bản nén ảnh: • Nén ảnh thống kê: Kỹ thuật nén dựa vào việc thống kê tần xuất xuất giá trị các điểm ảnh, sở đó mà có chiến lược mã hóa thích hợp • Nén ảnh không gian: Kỹ thuật dựa vào vị trí không gian các điểm ảnh để tiến hành mã hóa • Nén ảnh sử dụng phép biến đổi: Đây kỹ thuật tiếp cận theo hướng nén không • bảo toàn, dựa vào các phép biến đổi để nén liệu Nén ảnh Fractal: Sử dụng tính chất Fractal các đối tượng ảnh, thể lặp lại các chi tiết Nêu số ứng dụng xử lý ảnh đời sống Chương 2: CÁC KỸ THUẬT NÉN ẢNH Nội dung chương tìm hiểu các kĩ thuật nén ảnh tiêu chí để đánh giá chất lượng hình ảnh sau nén Nêu số khái niệm bản như: điểm ảnh, mức xám, tỉ lệ nén ảnh, Các hình thức phân loại phương pháp nén ảnh như: • Theo nguyên lí nén: - Nén tổn hao - Nén không tổn hao Trang: 59 • Theo cách thực nén: - Phương pháp không gian - Phương pháp sử dụng biến đổi Nêu số phương pháp nén không tổn hao, tổn hao phương pháp mã hóa Huffman, phương pháp mã LZW (Lempel-Ziv-Welch), phương pháp mã hóa RLC (Run Length Coding), phương dự đoán tổn hao không tổn hao, ….Trong đó phương pháp dự đoán tổn hao khác với dự đoán không tổn hao có thêm lượng tử hóa, giá trị sai lệch giá trị dự đoán với giá trị gốc được mã hóa entropi sau được lượng tử hóa quá trình lượng tử hóa làm tổn hao liệu Đồng thời có phương pháp nén ảnh sử dụng biến đổi không gian tín hiệu, nguyên lý chung các phương pháp nén sử dụng các phép biến đổi tuyến tính (như biến đổi Fourier, biến đổi DCT v.v.) để ánh xạ ảnh số sang không gian khác Ngoài giới thiệu vài tiêu chuẩn nén ảnh tĩnh động Chương 3: PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH TĨNH THEO CHUẨN JPEG Nội dung chương làm rõ quá trình thực nén ảnh theo chuẩn nén JPEG Cấu trúc chương gồm: Khái niệm chuẩn nén JPEG: JPEG (Joint Photographic Expert Group ) được thành lập vào năm 1982 Năm 1986, JPEG thức được thiết lập nhờ kết hợp nhóm ISO/IEC ITV Chuẩn JPEG được ứng dụng để nén ảnh tĩnh đơn sắc ảnh màu Hệ số nén ảnh tĩnh theo phương pháp JPEG có thể đạt từ 10 – 50 (lần) mà không làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng hiển thị ảnh Ảnh màu được chia thành các ảnh đơn sắc sau đó qua biến đổi DCT, lượng tử hóa, mã hóa entropy kết hợp với header tạo thành file ảnh nén theo chuẩn JPEG Sơ đồ mã hóa theo chuẩn JPEG: Trang: 60 Các bước tiến hành: Chuyển đổi ảnh từ không gian màu RGB sang YCrCb, chia thành block 8x8 Biến đổi DCT Lượng tử hóa Quét Zig-Zag Mã hóa Entropy Ghi lại vào file jpeg Nén JPEG lũy tiến • • • • • • Chương 4: QUÁ TRÌNH THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Nội dung chương trình bày các bước tiến hành, thực đánh giá kết quả chương trình nén ảnh JPEG Sơ đồ khối cho quá trình nén ảnh chuẩn nén JPEG Trang: 61 Chạy thực nghiệm chương trình tập ảnh chọn sẵn, đồng thời đưa đánh giá khái quát dung lượng trung bình sau nén chất lượng nén chuẩn nén dựa vào tiêu đánh giá số SSIM (structural similarity) Đưa bảng thống kê đánh giá dung lượng, tỷ lệ nén chất lượng chuẩn nén ảnh JPEG Q=50 Trang: 62 Q=75 Q=90 ẢNH GỐC Lenna (462KB) Kodim03 (491KB) Kodim07 (553KB) Kodim08 (769KB) RGB_R02_0600x0600_007 (595KB) RGB_R02_0600x0600_011 (586KB) RGB_R02_0600x0600_014 (498KB) SSIM 30KB(0.065) 0.9076 36.1KB(0.074) 0.9245 44KB(0.08) 0.9414 73.6KB(0.096) 0.8961 45KB(0.075) 0.9277 44.3KB(0.075) 0.8732 38.9KB(0.078) 0.9424 SSIM 44.5KB(0.096) 0.9329 50.5KB(0.102) 0.9524 61.1KB(0.109) 0.9628 105KB(0.137) 0.9370 63.9KB(0.107) 0.9551 65.1KB(0.111) 0.9220 53.5KB(0.107) 0.9633 SSIM 79.7KB(0.172) 0.9522 81KB(0.165) 0.9708 96.2KB(0.174) 0.9728 168KB(0.218) 0.9583 102KB(0.171) 0.9697 108KB(0.184) 0.9538 85.6KB(0.182) 0.9751 Đánh giá kết quả: • Q tăng tỉ lệ nén tăng • Cùng điều kiện vào, ảnh khác cho khả nén ảnh chất lượng ảnh khác • Thông số Q tăng cho ảnh nén đầu có chất lượng tăng Kết luận: Qua quá trình thực đồ án đạt được kết quả sau: • Đưa quá trình thực nén ảnh theo chuẩn nén ảnh JPEG • Thực được chương trình nén cho số ảnh gốc ban đầu sang • chuẩn nén *.jpg Dùng số SSIM để so sánh chất lượng ảnh nén ảnh gốc ban đầu Trang: 63 Trang: 64 [...]... những chuẩn nén ảnh tốt và phổ biến nhất hiện nay là phương pháp nén ảnh theo chuẩn JPEG, chuẩn nén ảnh này sẽ được trình bày cụ thể trong chương tiếp theo CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NÉN ẢNH TĨNH THEO CHUẨN JPEG 3.1 Giới thiệu chương: Nội dung của chương đi vào làm rõ phương pháp nén ảnh, quá trình thực hiện nén ảnh tĩnh theo chuẩn JPEG Nội dung chương bao gồm các phần: • • • • • • Khái... lượng tử hóa) Ảnh Chia khối số kích thước n*n Biến đổi Lượng tử thuận hóa Mã hóa Ảnh Entropy nén (a) Ảnh Giải mã Biến đổi Tập hợp các Nén Entropy nghịch khối ảnh Ảnh giải nén (b) Hình 2.5: Sơ đồ khối hệ thống nén ảnh (a) và giải nén (b) sử dụng phép biến đổi không gian [1] 2.8 Các chuẩn nén ảnh tĩnh và động hiện nay: Trang: 29 2.8.1 Các chuẩn nén ảnh tĩnh: Hiện nay trong... [1] 2.8.2.2 Chuẩn nén MPEG: MPEG là chuẩn mở rộng của JPEG Theo chuẩn này, ảnh động được tạo ra từ chuỗi các ảnh tĩnh có thể được nén trong ảnh bằng phương pháp JPEG MPEG chỉ thực hiện nén dữ liệu trong mỗi ảnh nên hiệu quả nén thấp hơn so với các phương pháp nén ảnh động khác Hệ số nén đạt được khi nén ảnh động theo phương pháp MPEG phụ thuộc vào chất lượng ảnh nén:... ban đầu • Tỷ lệ nén: Là 1trong các đặc trưng quan trọng của mọi phương pháp nén Tỷ lệ nén = Với r là tỷ số nén , r = Như vậy hiệu suất nén = (1-Tỷ lệ nén)*100% 2.3 Phân loại các phương pháp nén ảnh: Có 2 hình thức phân loại nén ảnh : • Phân loại theo nguyên lý nén: • Nén không tổn hao (lossless data reduction): Là phương pháp nén mà sau khi giải nén thu được chính xác dữ liệu... nhỏ Phương pháp nén ảnh có tổn hao được sử dụng rộng rãi vì có hiệu quả nén cao hơn nhiều so với nén không tổn hao Hai phương pháp nén đáng chú ý nhất hiện nay đều dựa trên các phép biến đổi không gian, đó là phương pháp nén theo JPEG và nén ảnh sử dụng biến đổi Wavelet (Wavelet transform) Cả hai phương pháp nén nói trên có hiệu quả nén rất cao, tuy nhiên, chuẩn nén JPEG. .. y là phương sai của x là phương sai của y là hiệu phương sai của x và y c1 =(k1*L)2, c2=(k2*L)2 là 2 biến để làm ổn định sự phân chia với mẫu số yếu k1 = 0.01 và k2 =0.03 được cho bởi định nghĩa 2.5 Mô hình hóa hệ thống nén ảnh: 2.5.1 Bộ mã hóa nguồn: Sơ đồ khối: Ảnh Bộ chuyển Bộ lượng Bộ mã Gốc đổi tử hóa hóa Hình 2.1: Sơ đồ khối bộ mã hóa nguồn [1] Trang: 22 Ảnh nén Gồm các bộ phận... trên các mẫu tới trước, có thể sử dụng các phương pháp xấp xỉ cục bộ, toàn cục hoặc phương pháp thích nghi Thông thường, trên giá trị của m mẫu đến trước như sau: = được xác định dựa [1] (2.7) Trong đó : α - hệ số dự đoán với i = 1, 2,…,m Round() - toán tử làm tròn tới số nguyên gần nhất 2.7 Các phương pháp nén có tổn hao: 2.7.1 Phương pháp mã hóa dự đoán có tổn hao: Sơ đồ... tổn hao (loss data reduction): Là phương pháp nén mà sau khi giải nén sẽ không thu được dữ liệu giống như bản gốc nhưng tỷ lệ nén cao • Phân loại theo cách thực hiện nén: Trang: 19 • Phương pháp không gian (Spatial Data Compression): Các phương pháp nén bằng cách tác động trực tiếp lên điểm ảnh • Phương pháp sử dụng biến đổi (Transform Coding): Phương pháp nén sử dụng các phép... xám và ảnh màu Tiêu chuẩn nén JPEG phục vụ các ứng dụng về ảnh trong nhiều lĩnh vực như: mạng Internet, y học, khoa học kỹ thuật, an ninh, ảnh nghệ thuật… Trang: 32 Hệ số nén ảnh tĩnh theo phương pháp JPEG có thể đạt từ 10 – 50 (lần) mà không làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng hiển thị của hình ảnh Khai triển DCT là kỹ thuật then chốt trong JPEG vì nó cho phép nén ảnh với... ảnh Cách phân loại các kỹ thuật nén ảnh Tiêu chí đánh giá chất lượng hình ảnh Mô hình hóa hệ thống nén ảnh Các phương pháp nén ảnh không tổn hao Các phương pháp nén ảnh có tổn hao Các chuẩn nén ảnh tĩnh và động hiện nay 2.2 Khái quát về kỹ thuật nén ảnh: 2.2.1 Giới thiệu về nén ảnh: Nén ảnh là một kỹ thuật mã hóa các ảnh số hóa nhằm mục đích giảm số lượng