Cơ sở dữ liệu đa phương tiện _ Phương pháp biến đổi cosine rời rạc trong xử lí ảnh

CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN Giảng viên: NGUYỄN ĐÌNH HÓA Nhóm 3: Thành viên: Nguyễn Thị Hương - B12DCCN172 Phạm Thị Diễm - B12DCCN156 Lê Thị Hằng - B12DCCN163 I CÁC KĨ THUẬT XỬ LÍ ẢNH Tổng quan về xử lý ảnh .Quá trình xử lý ảnh xem trình thao tác ảnh đầu vào nhằm cho kết mong muốn Kết đầu trình xử lý ảnh ảnh “tốt hơn” kết luận .Ảnh xem tập hợp điểm ảnh điểm ảnh xem đặc trưng cường độ sáng hay dấu hiệu vị trí đối tượng không gian xem hàm n biến P(c1, c2, , cn) I CÁC KĨ THUẬT XỬ LÍ ẢNH  Do đó, ảnh xử lý ảnh xem ảnh n chiều  Sơ đồ tổng quát hệ thống xử lý ảnh: I CÁC KĨ THUẬT XỬ LÍ ẢNH Các kĩ thuật xử lí ảnh 2.1 Một số khái niệm  Ảnh điểm ảnh:  Điểm ảnh xem dấu hiệu hay cường độ sáng toạ độ không gian đối tượng ảnh xem tập hợp điểm ảnh  Mức xám, màu  Là số giá trị có điểm ảnh ảnh I CÁC KĨ THUẬT XỬ LÍ ẢNH 2.2 Nắn chỉnh biến dạng  Ảnh thu nhận thường bị biến dạng thiết bị quang học điện tử  Để khắc phục người ta sử dụng phép chiếu, phép chiếu thường xây dựng tập điểm điều khiển I CÁC KĨ THUẬT XỬ LÍ ẢNH 2.3 Khử nhiễu  Có loại nhiễu trình thu nhận ảnh:  Nhiễu hệ thống: nhiễu có quy luật khử phép biến đổi  Nhiễu ngẫu nhiên: vết bẩn không rõ nguyên nhân → khắc phục phép lọc 2.4 Chỉnh mức xám Nhằm khắc phục tính không đồng hệ thống gây Thông thường có hướng tiếp cận:  Giảm số mức xám: Thực cách nhóm mức xám gần thành bó Trường hợp có mức xám chuyển ảnh đen trắng Ứng dụng: In ảnh màu máy in đen trắng I CÁC KĨ THUẬT XỬ LÍ ẢNH  Tăng số mức xám: Thực nội suy mức xám trung gian kỹ thuật nội suy Kỹ thuật nhằm tăng cường độ mịn cho ảnh 2.5 Trích chọn đặc điểm  Các đặc điểm đối tượng trích chọn tuỳ theo mục đích nhận dạng trình xử lý ảnh Có thể nêu số đặc điểm ảnh sau đây:  Đặc điểm không gian: Phân bố mức xám, phân bố xác suất, biên độ, điểm uốn v.v  Đặc điểm biến đổi: Các đặc điểm loại trích chọn việc thực lọc vùng (zonal filtering)  Đặc điểm biên đường biên: Đặc trưng cho đường biên đối tượng => hữu ích việc trích trọn thuộc tính bất biến dùng nhận dạng đối tượng I CÁC KĨ THUẬT XỬ LÍ ẢNH 2.6 Nhận dạng  Nhận dạng ảnh là quá trình liên quan đến mô tả đối tượng mà người ta muốn đặc tả nó Thường sau quá trình trích chọn các đặc tính của đối tượng  Có kiểu mô tả đối tượng:  mô tả theo tham số ( nhận dạng theo tham số)  mô tả theo cấu trúc ( nhận dạng theo cấu trúc) 2.7 Nén ảnh  Mục đích: giảm không gian lưu trữ, thuận tiện truyền thông mạng  Phương pháp:  Nén không mất thông tin: khai thác các thông tin dư thừa  Nén mất thông tin: khai thác các thông tin dư thừa và các thông tin không liên quan  Hiện có một số chuẩn nén hay dùng: JPEG, MPEG (JPEG -2000, MPEG-4) II PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI COSINE RỜI RẠC Tổng quan Biến đổi DCT a Biến đổi DCT chiều b Biến đổi DCT chiều Vai trò biến đổi DCT II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC 1.Tổng quan  DCT biến đổi thông tin ảnh từ miền không gian sang miền tần số để biểu diễn dạng gọn  DCT trở thành tiêu chuẩn quốc tế cho hệ thống mã chuyển vị có đặc tính gói lượng tốt, cho kết số thực có thuật toán nhanh để thể chúng  Khai triển DCT chọn kỹ thuật then chốt JPEG cho ảnh nén chất lượng tốt tốc độ bit thấp giải thuật chuyển đổi nhanh dễ dàng thực phần cứng II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC Sơ đồ mã hóa giải mã dùng biến đổi DCT II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC Biến đổi DCT a Biến đổi DCT chiều .DCT chiều biến đổi biên độ tín hiệu điểm rời rạc theo thời gian không gian thành chuỗi hệ số rời rạc, hệ số biểu diễn biên độ thành phần tần số định có tín hiệu gốc .Hệ số biểu diễn mức DC trung bình tín hiệu Từ trái sang phải, hệ số thể thành phần tần số không gian cao tín hiệu gọi hệ số AC Thông thường, nhiều hệ số AC có giá trị gần .Quá trình biến đổi DCT thuận (FDCT) dùng tiêu chuẩn JPEG định nghĩa sau: II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Hàm biến đổi DCT ngược (1 chiều ): Trong đó: X(k) chuỗi kết x(m) giá trị mẫu m k-chỉ số hệ số khai triển m-chỉ số mẫu N- số mẫu có tín hiệu  II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC b Biến đổi DCT chiều  Vì ảnh gốc có kích thước lớn trước đưa vào biến đổi DCT, ảnh phân chia thành khối vuông, khối thường có kích thước x pixel biểu diễn mức xám 64 điểm ảnh, mức xám số nguyên dương có giá trị từ đến 255 Việc phân khối làm giảm phần thời gian tính toán hệ số chung, mặt khác biến đổi cosin khối nhỏ làm tăng độ xác tính toán với dấu phẩy tĩnh, giảm thiểu sai số làm tròn sinh  Biến đổi DCT công đoạn phương pháp nén sử dụng biến đổi công thức minh hoạ cho phép biến đổi DCT thuận nghịch khối ảnh có kích thước x Giá trị f(i, j) biểu diễn mức xám ảnh miền không gian, F(u, v) hệ số sau biến đổi DCT miền tần số II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC đó: f(j,k)- mẫu gốc khối 8×8 pixel F(u,v)-các hệ số khối DCT 8×8  Phương trình liên kết hai phương trình DCT chiều, cho tần số ngang cho tần số đứng Giá trị trung bình block 8x8 hệ số thứ (khi u,v= 0) II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Các bước trình mã hóa biến đổi DCT khối II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Lượng tử hóa  Bước trình nén ảnh lượng tử hóa hệ số F(u,v) cho làm giảm số lượng bit cần thiết  Các hệ số tương ứng với tần số thấp có giá trị lớn hơn, chứa phần lượng tín hiệu, phải lượng tử hóa với độ xác cao Riêng hệ số chiều đòi hỏi độ xác cao nhất, lẽ biểu thị giá trị độ chói trung bình khối phần tử ảnh  Sau trình giá trị thành phần tần số cao làm tròn tới giá trị thành phần tần thấp nhỏ làm giảm số bit cho giá trị thành phần tần số thấp II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Ma trận lượng tử  Tại vị trí X người ta chia giá trị cho số vị trí tương ứng sau làm tròn với số nguyên gần II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC     B(u,v) = B(0,0)=== 40 Kết ma trận sau nhân với Q(u,v) II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Chú ý : hệ số chia bảng lượng tử hóa nhỏ hệ số có tần số thấp tăng từ từ hệ số có tần số cao hơn.Việc biến đổi cho chất lượng hình ảnh mắt người cảm nhận tốt, phụ thuộc vào thành phần tần số biến đổi chi tiết ảnh vùng miền không gian Các ảnh chi tiết hệ số thành phần tần số cao lớn  Qúa trình mã hóa hay nén  Để mã hóa entropy hệ số lượng tử hóa Fq(u,v), trước hết, cần biến đổi mảng hai chiều hệ số Fq(u,v) thành chuỗi số chiều phương pháp quét toàn điểm ảnh tệp ảnh II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC Có số phương pháp quét như: II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Để nâng cao hiệu nén cho hệ số người ta thường xếp chúng lại theo thứ tự Zigzac Tác dụng xếp lại theo thứ tự Zigzac tạo nhiều loạt hệ số giống Ta biết lượng khối hệ số giảm dần từ góc bên trái xuống góc bên phải việc lấy Zigzac tạo điều kiện cho hệ số sấp xỉ  Việc xử lý 64 hệ số khối 8x8 pixel cách quét zig-zag làm tăng tối đa chuỗi giá trị làm tăng hiệu nén dùng RLC VI PHÂN MẢNH, ĐỊNH VỊ CỞ SỞ DỮ LIỆU  Mã hóa entropy: mã hóa RLC  Nén mã RLC trình nén không tổn hao  Sau trình quét zig-zag trên, RLC thực thi Một hệ số khác sau giá trị DC mã hóa từ mã bao gồm thông số: số lượng chạy trước hệ số riêng khác mức sau lượng tử hóa RLC thực chất việc thay hệ số có giá trị số lượng chữ số xuất  Ở đây, giá trị 10 giá trị trước biễu diễn ; giá trị –2 có hai giá trị đứng trước biễu diễn v.v VI PHÂN MẢNH, ĐỊNH VỊ CỞ SỞ DỮ LIỆU II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC Vai trò biến đổi DCT .Vai trò chủ yếu phương pháp DCT giảm độ dư thừa liệu pixcel miền tần số cao Bởi giá trị pixcel dự đoán từ giá trị pixcel lân cận nên thông tin từ pixcel riêng lẻ tương đối nhỏ .Không sau biến đổi DCT hàm giải tương quan giảm cách đáng kể.Chính mà hiệu suất nén đạt tỉ số nén cao .Điều quan trọng khối DCT đóng vai trò quan trọng trình lượng tử hóa thiết kế hệ thống nén video ảnh hưởng trực tiếp đến việc cho lại chất lượng ảnh khôi phục tốt hay xấu.Có thể nói điều làm lên môt chuẩn JPEG ứng dựng rộng rãi [...]... trong những công nghệ nén ảnh hiệu quả, cho phép làm việc với các ảnh có nhiều màu và kích cỡ lớn II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC Sơ đồ mã hóa và giải mã dùng biến đổi DCT II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC 2 Biến đổi DCT a Biến đổi DCT 1 chiều .DCT một chiều biến đổi biên độ tín hiệu tại các điểm rời rạc theo thời gian hoặc không gian thành chuỗi các hệ số rời rạc, mỗi hệ số biểu diễn... các hệ số sau biến đổi DCT trong miền tần số II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC trong đó: f(j,k)- các mẫu gốc trong khối 8×8 pixel F(u,v)-các hệ số của khối DCT 8×8  Phương trình trên là một liên kết của hai phương trình DCT một chiều, một cho tần số ngang và một cho tần số đứng Giá trị trung bình của block 8x8 chính là hệ số thứ nhất (khi u,v= 0) II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Các bước... II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC     B(u,v) = B(0,0)=== 40 Kết quả của ma trận sau khi nhân với Q(u,v) II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Chú ý : hệ số chia trong bảng lượng tử hóa là nhỏ đối với các hệ số có tần số thấp và tăng từ từ đối với các hệ số có tần số cao hơn.Việc biến đổi sao cho chất lượng hình ảnh do mắt người cảm nhận tốt, phụ thuộc vào các thành phần tần số và sự biến đổi. .. chi tiết ảnh từng vùng trong miền không gian Các ảnh càng chi tiết thì hệ số thành phần tần số cao càng lớn  Qúa trình mã hóa hay nén  Để mã hóa entropy các hệ số được lượng tử hóa Fq(u,v), trước hết, cần biến đổi mảng hai chiều của các hệ số Fq(u,v) thành chuỗi số một chiều bằng các phương pháp quét toàn bộ các điểm ảnh của tệp ảnh đó II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC Có một số phương pháp quét... PHÂN MẢNH, ĐỊNH VỊ CỞ SỞ DỮ LIỆU II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC 3 Vai trò của biến đổi DCT .Vai trò chủ yếu của phương pháp DCT là giảm độ dư thừa dữ liệu trong pixcel ở miền tần số cao Bởi vì bất kì một giá trị pixcel nào đó cũng có thể dự đoán từ các giá trị pixcel lân cận của nó nên thông tin từ các pixcel riêng lẻ là tương đối nhỏ .Không những vậy sau khi biến đổi DCT thì hàm giải... ): Trong đó: X(k) là chuỗi kết quả x(m) là giá trị của mẫu m k-chỉ số của hệ số khai triển m-chỉ số của mẫu N- số mẫu có trong tín hiệu  II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC b Biến đổi DCT 2 chiều  Vì ảnh gốc có kích thước rất lớn cho nên trước khi đưa vào biến đổi DCT, ảnh được phân chia thành các khối vuông, mỗi khối này thường có kích thước 8 x 8 pixel và biểu diễn các mức xám của 64 điểm ảnh, ...II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Vậy JPEG là gì ?  JPEG (Joint Photographic Experts Group) là chuẩn nén số quốc tế đầu tiên được định ra cho nén ảnh tĩnh có tông màu liên tục gồm cả ảnh đơn sắc và ảnh màu Trong kỹ thuật này các khối ảnh kích thước 8x8 được áp dụng để thực hiện DCT, sau đó lượng tử hóa các hệ số rồi mã hóa entropy sau lượng tử  Công nghệ nén ảnh JPEG là một trong những... số chung, mặt khác biến đổi cosin đối với các khối nhỏ sẽ làm tăng độ chính xác khi tính toán với dấu phẩy tĩnh, giảm thiểu sai số do làm tròn sinh ra  Biến đổi DCT là một công đoạn chính trong các phương pháp nén sử dụng biến đổi 2 công thức ở đây minh hoạ cho 2 phép biến đổi DCT thuận nghịch đối với mỗi khối ảnh có kích thước 8 x 8 Giá trị f(i, j) biểu diễn các mức xám của ảnh trong miền không gian,... có trong tín hiệu gốc .Hệ số đầu tiên biểu diễn mức DC trung bình của tín hiệu Từ trái sang phải, các hệ số thể hiện các thành phần tần số không gian cao hơn của tín hiệu và được gọi là các hệ số AC Thông thường, nhiều hệ số AC có giá trị sẽ gần hoặc bằng 0 .Quá trình biến đổi DCT thuận (FDCT) dùng trong tiêu chuẩn JPEG được định nghĩa như sau: II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Hàm biến đổi. .. Giá trị trung bình của block 8x8 chính là hệ số thứ nhất (khi u,v= 0) II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Các bước của quá trình mã hóa biến đổi DCT đối với 1 khối II PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI COSINE RỜI RẠC  Lượng tử hóa  Bước tiếp theo của quá trình nén trong ảnh là lượng tử hóa các hệ số F(u,v) sao cho làm giảm được số lượng bit cần thiết  Các hệ số tương ứng với tần số thấp có các giá trị lớn