Đặc điểm của phép biến đổi DCT là tín hiệu hình ảnh trong miền không gian chuyển sang miền tần số thì các thành phần DC và các thành phần AC mang hầu hết các thông tin chứa trong ảnh gốc. Trong đó, DC là thành phần quan trọng nhất mang độ chói trung bình của ảnh, thành phần AC chứa các thông tin về chi tiết của ảnh. Sau đó khi qua khối lượng tử hóa, các hệ số ít quan trọng sẽ bị loại bỏ bớt và chỉ giữ lại một số hệ số đầu tiên gọi là hệ số DCT.DCT làm giảm độ tương quan không gian của thông tin trong block. Điều này có nghĩa là cho phép biểu diễn thích hợp ở miền DCT do các hệ số DCT có xu hướng có phần dư thừa ít hơn. Điều này có nghĩa là DCT gói một phần lớn năng lượng tín hiệu vào các thành phần biến đổi có tần số tương đối thấp để lưu trữ hoặc truyền dẫn, tạo 0 và các giá trị rất thấp đối với thành phần tần số cao.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ─────── * ─────── BÀI TẬP LỚN XỬ LÝ DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN Đề tài : Phương pháp mã hóa nén dựa phép biến đổi (Transform Coding) ứng dụng GV hướng dẫn : SV thực : PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan Hoàng Hữu Hợi Lương Cao Phong Ngô Hồng Hải Nguyễn Văn Khỏe 20121772 20122218 20121638 20121926 Phân công công việc Tìm hiểu chung phương pháp nén dựa phép biến đổi – Lương Cao Phong Tìm hiểu phân biệt rõ đặc điểm phép biến đổi dùng chuẩn nén nay: DCT DWT – Ngô Hồng Hải Tìm hiểu thuật toán DCT nén ảnh JPEG – Nguyễn Văn Khỏe Cài đặt thuật thoán DCT nén ảnh JPEG đánh giá thử nghiệm vai trò DCT nén ảnh JPEG – Hoàng Hữu Hợi Tổng quan phương pháp nén ảnh Nén ảnh kỹ thuật mã hóa ảnh số hóa nhằm giảm số lượng bit liệu cần thiết để biểu diễn ảnh Mục đích giảm chi phí việc lưu trữ ảnh chi phí thời gian để truyền ảnh xa truyền thông đảm bảo chất lượng ảnh Tìm hiểu chung phương pháp nén ảnh dựa phép biến đổi (Transform Coding) Một phép biến đổi hàm toán học sử dụng để biến đổi tập giá trị thành tập giá trị khác tạo cách biểu diễn cho nguồn tin Sơ đồ chung Biến đổi thuận Lượng tử hóaMã hóa Đặc điểm phép biến đổi DCT Đặc điểm phép biến đổi DCT tín hiệu hình ảnh miền không gian chuyển sang miền tần số thành phần DC thành phần AC mang hầu hết thông tin chứa ảnh gốc Trong đó, DC thành phần quan trọng mang độ chói trung bình ảnh, thành phần AC chứa thông tin chi tiết ảnh Sau qua khối lượng tử hóa, hệ số quan trọng bị loại bỏ bớt giữ lại số hệ số gọi hệ số DCT DCT làm giảm độ tương quan không gian thông tin block Điều có nghĩa cho phép biểu diễn thích hợp miền DCT hệ số DCT có xu hướng có phần dư thừa Điều có nghĩa DCT gói phần lớn lượng tín hiệu vào thành phần biến đổi có tần số tương đối thấp để lưu trữ truyền dẫn, tạo giá trị thấp thành phần tần số cao Đặc điểm phép biến đổi DCT Nhờ đặc tính hệ thống nhìn mắt người, hệ số DCT mã hóa phù hợp, hệ số DCT quan trọng mã hóa truyền DCT thuận kế hợp với DCT nghịch không tổn thất độ dài từ mã hệ số 13 đến 14 bít cho tín hiệu video đầu vào số hóa mẫu dài bit Nếu hệ số lượng tử hóa 11 bít ngắn nén DCT có tổn hao Đặc điểm phép biến đổi DWT Wavelet phép biến đổi sử dụng để phân tích tín hiệu không ổn định-là tín hiệu có đáp ứng tần số thay đổi theo thời gian, cho biết tần số xuất Phép biến đổi Wavelet sử dụng hàm đơn( sóng mẹ), tất hàm khác có cách thay đổi kích thước hàm( biến đổi tỉ lệ tịnh tiến hàm đơn, gọi sóng con) Biến đổi Wavelet dù làm việc với tín hiệu chiều sau biến đổi xong ta thu hàm số hai biến tập cặp giá trị W(a, b) minh họa thành phần tần số khác tín hiệu xảy thời điểm t Nguyên lý nén ảnh JPEG 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 Dùng biến đổi Cosin rời rạc, sau lượng hóa mã hóa theo phương pháp Huffman Khi giải nén ảnh, bước thực thi làm ngược lại trình nói Các bước nén ảnh JPEG Mã hoá biến đổi DCT Nguyên tắc phương pháp mã hoá biến đổi tập giá trị pixel ảnh miền không gian sang tập giá trị khác miền tần số cho hệ số tập giá trị có tương quan điểm ảnh gần nhỏ Các bước nén ảnh JPEG Sơ đồ mã hóa giải mã dùng biến đổi DCT Biến đổi DCT 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 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 x(n1, n2) biểu diễn mức xám ảnh miền không gian, X(k1, k2) hệ số sau biến đổi DCT miền tần số Biến đổi DCT Mỗi khối 64 điểm ảnh sau biến đổi DCT thuận nhận 64 hệ số thực DCT (bảng 1) Mỗi hệ số có chứa 64 thành phần tần số không gian hai chiều Hệ số với tần số không theo hai hướng (tương ứng với k1 k2 0) gọi hệ số chiều DC, hệ số giá trị trung bình 64 điểm ảnh khối 63 hệ số lại gọi hệ số xoay chiều AC Hệ số chiều DC tập trung phần lớn lượng ảnh Biến đổi DCT Các bước trình mã hóa biến đổi DCT khối Biến đổi DCT Biến đổi DCT không làm thông tin DCT biến đổi tuyến tính chuyển giá trị điểm ảnh từ miền không gian thành hệ số miền tần số Nếu biến đổi DCT thuận nghịch tính toán với độ xác tuyệt đối hệ số DCT qua bước lượng tử mã hoá ảnh thu sau biến đổi DCT ngược giống hệt ảnh gốc Cài đặt thuật toán DCT nén ảnh Sơ đồ nén giải nén ảnh Cài đặt thuật toán DCT nén ảnh Công thức biến đổi DCT với block 8x8 Biến đổi DCT thuận Biến đổi DCT nghịch Trong đó: f(j,k) – mẫu gốc khối 8x8 pixel F(u,v) – hệ số khối DCT 8x8 C(u),C(v) = Đánh giá vài trò DCT nén ảnh Tách thành phần mang tần số thấp (mang độ chói trung bình điểm ảnh) thành phần mang tần số cao (chứa thông tin chi tiết ảnh) Do loại bỏ số thành phần tần số cao không quan trọng -> giảm độ dư thừa ảnh Ảnh hưởng trực tiếp đến việc cho lại chất lượng ảnh khôi phục tốt hay xấu trình lượng tử hóa Giảm độ tương quan không gian thông tin block DCT gói phần lớn lượng tín hiệu vào thành phần biến đổi có tần số tương đối thấp để lưu trữ truyền dẫn, tạo giá trị thấp thành phần tần số cao -> tăng tỷ số nén [...]... tròn sinh ra Biến đổi DCT 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 x(n1, n2) biểu diễn các mức xám của ảnh trong miền không gian, X(k1, k2) là các hệ số sau biến đổi DCT trong miền tần số Biến đổi DCT Mỗi khối 64 điểm ảnh sau biến đổi DCT thuận... trong miền tần số Nếu biến đổi DCT thuận và nghịch được tính toán với độ chính xác tuyệt đối và nếu các hệ số DCT không phải qua bước lượng tử và mã hoá thì ảnh thu được sau biến đổi DCT ngược sẽ giống hệt ảnh gốc Cài đặt thuật toán DCT trong nén ảnh Sơ đồ nén và giải nén ảnh Cài đặt thuật toán DCT trong nén ảnh Công thức biến đổi DCT với block 8x8 Biến đổi DCT thuận Biến đổi DCT nghịch Trong... hai hướng (tương ứng với k1 và k2 bằng 0) được gọi là hệ số một chiều DC, hệ số này chính là giá trị trung bình của 64 điểm ảnh trong khối 63 hệ số còn lại gọi là các hệ số xoay chiều AC Hệ số một chiều DC tập trung phần lớn năng lượng của ảnh Biến đổi DCT Các bước của quá trình mã hóa biến đổi DCT đối với 1 khối Biến đổi DCT Biến đổi DCT không làm mất thông tin vì DCT là một biến đổi tuyến tính.. .Biến đổi DCT 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, các mức xám này là các số nguyên dương có giá trị từ 0 đến 255 Việc phân khối này sẽ làm giảm được một phần thời gian tính toán các hệ số chung, mặt khác biến đổi cosin đối... xấu trong quá trình lượng tử hóa Giảm độ tương quan không gian của thông tin block DCT gói một phần lớn năng lượng tín hiệu vào các thành phần biến đổi có tần số tương đối thấp để lưu trữ hoặc truyền dẫn, tạo 0 và các giá trị rất thấp đối với thành phần tần số cao -> tăng tỷ số nén ... C(u),C(v) = Đánh giá vài trò của DCT trong nén ảnh Tách thành phần mang tần số thấp (mang độ chói trung bình của các điểm ảnh) và thành phần mang tần số cao (chứa thông tin chi tiết của ảnh) Do đó có thể loại bỏ một số thành phần tần số cao không quan trọng -> giảm độ dư thừa của ảnh Ảnh hưởng trực tiếp đến việc cho lại chất lượng ảnh được khôi phục tốt hay xấu trong quá trình lượng tử hóa Giảm độ tương ... thông đảm bảo chất lượng ảnh Tìm hiểu chung phương pháp nén ảnh dựa phép biến đổi (Transform Coding) Một phép biến đổi hàm toán học sử dụng để biến đổi tập giá trị thành tập giá trị khác tạo... Dùng biến đổi Cosin rời rạc, sau lượng hóa mã hóa theo phương pháp Huffman Khi giải nén ảnh, bước thực thi làm ngược lại trình nói Các bước nén ảnh JPEG Mã hoá biến đổi DCT Nguyên tắc phương pháp. .. hiểu chung phương pháp nén dựa phép biến đổi – Lương Cao Phong Tìm hiểu phân biệt rõ đặc điểm phép biến đổi dùng chuẩn nén nay: DCT DWT – Ngô Hồng Hải Tìm hiểu thuật toán DCT nén ảnh JPEG