Bài soạn xử lý âm THANH – HÌNH ẢNH

Bài soạn XỬ LÝ ÂM THANH – HÌNH ẢNH Phối màu màu bản: Red – Green – Blue (màu RGB) Các màu tự nhiên phối từ màu theo phương trình: f’F = r’R + g’G + b’B màu phối từ màu  Red + Green = Yellow (Y)  Red + Blue = Magenta (M)  Blue + Green = Cyan (C) Bài tập 1: Hai màu F1 F2 có tọa độ hệ màu RGB sau F1 (0.3 ; 0.5 ; 0.2) F2 (0 ; 0.5 ; 0.5) Tìm tọa độ màu F nhận sau trộn phần F1 phần F2 Giải F1 = F2 = F1 + 2F2 = = Fz = 0.3R + 0.5G + 0.2B 0R + 0.5G + 0.5B 0.3R + (0.5 + * 0.5)G + (0.2 + * 0.5)B 0.3R + 1.5G + 1.2B + = 0.1R => FZ (0.1 ; 0.5 ; 0.4) + 0.5G + + 0.4B Bài tập 2: Vẽ tín hiệu video thành phần RGB để tạo ảnh màu gồm sọc dọc: đen, trắng, red (R), green (G), blue (B), Cyan (C), Magenta (M), Yellow (Y) (độ bão hòa màu 100%) Được biết tín hiệu video tạo ảnh có sọc với mức chói tăng dần từ đen sang trắng hình TV đen trắng Vẽ dòng tín hiệu chói EY = 0.3ER + 0.59EG + 0.11EB Giải ER , EG , EB ϵ [0;1] Sọc Đen Trắng R G B C M Y ER 1 0 1 EG 1 1 EB 0 1 EY 0.3 0.59 0.11 0.7 0.41 0.89 TH Ghi chú: K: blacK G: Green B: Blue C: Cyan R: Red Y: Yellow M: Magenta W: White Xác định số mức xám ảnh số m= ( ) +1 k = Số lượng bits: k = Bài tập 4: Tín hiệu truyền hình màu số hóa thành phần (Y, u, v) theo chuẩn : : Tần số lấy mẫu 13.5 MHz, mã hóa nhị phân bits/mẫu Tìm tốc độ luồng bits tín hiệu video số Giải Y RY = fS * k = 13.5 * 106 * = 108 Mbps u Ru = ¼ * (fS * k) = ¼ * 13.5 * 10 * = 27 Mbps v Rv = 27 Mbps => R∑ = 162 Mbps Các tiêu chuẩn mã hóa : 4:4:4 Tần số lấy mẫu màu tần số lấy mẫu độ chói 4:2:2 Tần số lấy mẫu màu ½ tần số lấy mẫu độ chói 4:2:0 Tần số lấy mẫu màu ¼ tần số lấy mẫu độ chói 4:1:1 Tần số lấy mẫu màu ¼ tần số lấy mẫu độ chói So sánh luồng bits chuẩn mã hóa : : : : B4 : : = * f S * k B4 : : = fS * k + ¼ * fS * k + ¼ * fS * k = 1.5 * fS * k Quan hệ điểm ảnh Liên kết m Vd: V ϵ [5 – 8] Liên kết m tạo kết nối điểm ảnh có độ chói nằm tập V Liên kết m tạo kết nối chéo ND (hình a) kết nối thẳng (hình b) Liên kết m ưu tiên cho kết nối thẳng (hình b) Khoảng cách điểm ảnh Với tọa độ điểm ảnh: p (x ; y) q (s ; t) Khoảng cách D điểm ảnh: 4( , )= | − |+ | − | Khoảng cách D gi ữa điểm ảnh: ( , ) = max (| − | + | − |) Bài tập 5: Cho ảnh số sọc dọc: vàng, đen, xám 50% Ảnh xử lý khơng gian màu RGB Phương trình tạo màu xám Y = 1/3 R + 1/3 G + 1/3 B Vẽ đặc tuyến biến đổi s = T[r] cho kênh màu để nhận ảnh kết có sọc Cyan, lam (blue), xám 70% Biểu diễn dòng tín hiệu chói ảnh kết Giải Sọc Vàng Đen Xám 50% R1 0.5 G1 B1 Y1 2/3 TH Cyan Blue Xám 70% R2 0 0.7 0.5 G2 0.7 0.5 B2 1 0.7 0.5 Y2 2/3 1/3 0.7 Đặc tuyến biến đổi s = T[r] Biểu diễn dòng tín hiệu chói ảnh kết Sọc TH Tách mặt phẳng bit Bài tập 6: Ảnh gốc có kích thước 16 x 10 dạng sọc dọc với mức chói tăng dần từ trái sang phải Các mức chói mã hóa bits Vẽ đặc tuyến biến đổi để tách mặt phẳng bit LSB Mô tả ảnh kết quả, vẽ lược đồ xám ảnh kết (ảnh LSB) Giải bits/mẫu => 24 = 16 mức chói Đặc tuyến biến đổi để tách mặt phẳng bit LSB * Lược đồ xám thể số điểm ảnh có mức chói Ảnh kết (ảnh LSB) có kích thước 16 x 10, hai mức chói => Số điểm ảnh có mức chói 0: 80 Số điểm ảnh có mức chói 1: 80 Số điểm ảnh 0: cột có mức chói (s = 0) cột có r = 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14 Mỗi cột có 10 điểm ảnh => Số điểm ảnh có mức chói = x 10 = 80 Số điểm ảnh 1: cột có mức chói (s = 1) cột có r = 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15 Mỗi cột có 10 điểm ảnh => Số điểm ảnh có mức chói = x 10 = 80 * Xác suất xuất điểm ảnh mức chói lược đồ xám chuẩn = Số điểm ảnh mức chói ÷ Tổng số điểm ảnh Lược đồ xám ảnh kết Lược đồ xám chuẩn ảnh kết Tách mức chói ảnh Mức chói mã hóa bits/mẫu => 28 = 256 mức chói (0 -> 255) Mức chói tách L ϵ [L1 ; L2] Tách mức chói có Tách mức chói khơng Bài tập 7: Ảnh gốc có kích thước 128 x 48 pixels có dạng sọc dọc với mức chói tăng dần từ trái sang phải (đen -> trắng), xử lý cách tách mức chói có Mức chói mã hóa bits/mẫu Mức chói tách nằm khoảng [10 – 19] Vẽ đặc tuyến hàm biến đổi, lược đồ xám chuẩn ảnh kết ảnh gốc Mơ tả ảnh có lược đồ xám giống ảnh gốc Giải bits/mẫu => 26 = 64 mức chói (0 -> 63) Kích thước ảnh 128 x 48 pixels dạng sọc dọc => Mỗi mức chói có cột (128/64 = 2), cột có 48 điểm ảnh => Số điểm ảnh mức chói: x 48 = 96 Mô tả ảnh gốc Lược đồ xám ảnh gốc Lược đồ xám chuẩn ảnh gốc Xác suất xuất điểm ảnh mức chói: 96 / (128 x 48) = 1/64 Đặc tuyến biến đổi ảnh gốc sang ảnh kết (mức chói tách nên lấy khoảng [10 ; 19] Lược đồ xám ảnh kết * Số điểm ảnh có mức chói 15: 10 x x 48 = 10 x (2 x 48) = 10 x 96 = 960 pixels Lược đồ xám chuẩn ảnh kết Xác suất xuất điểm ảnh có mức chói từ -> 20 -> 63: 96 / (128 x 48) = 1/64 Xác xuất xuất điểm ảnh có mức chói 15: 960 / (128 x 48) = 5/32 Cân lược đồ xám Sk = T[rk] = ∑ Bài tập 8: = ∑ ( ) Cho ảnh có kích thước x sau: 11 14 10 13 11 15 13 15 12 10 15 12 12 10 12 14 15 13 10 15 9 14 13 15 12 Độ chói mã hóa bits Tìm lược đồ xám ảnh, cân lược đồ xám Giải rk 10 11 12 13 14 15 nk 0 0 0 0 P(rk) 0 0 0 0 0 0 0 0 36 12 36 36 16 36 36 18 36 36 23 36 36 27 36 36 30 36 36 Sk 36 36 Sk* 0 0 0 0 10 11 13 15 Sk* = Sk x 15 Ảnh kết 13 11 15 11 15 10 15 10 10 10 13 15 11 15 5 13 11 15 10 Lược đồ xám ảnh kết Bài tập 9: Cho ảnh đen trắng có kích thước 13 x 13, mức chói mã hóa bits/mẫu Lược đồ xám có dạng: rk 10 11 12 13 14 15 nk 13 38 17 13 1 19 31 11 Ảnh cân lược đồ xám Tìm lược đồ xám ảnh kết Giải rk 10 11 12 13 14 15 nk 13 38 17 13 1 19 31 11 P(rk 13 38 17 13 1 19 31 11 5 ) 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 18 56 73 86 91 92 93 94 97 103 122 153 164 166 Sk 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 169 Sk* 8 8 9 11 14 15 15 15 10 11 12 13 14 15 38 17 21 31 16 Lược đồ xám ảnh kết rk nk 13 19 Quá trình nhân chập ảnh ma trận (mặt nạ) lọc Bài tập 10: Cho ảnh gốc ma trận lọc sau: 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ¼ 0 0 0 0 0 ¼ 0 0 0 0 0 ¼ ¼ Ảnh gốc Ma trận lọc Điểm ảnh đen có giá trị 0, trắng có giá trị Hệ số ma trận lọc 1/4 Thực q trình lọc khơng gian, quan sát nhận xét kết Giải ¼ ¼ * Trước đưa ma trận lọc vào ảnh gốc để lọc, xoay ma trận lọc góc 180o => Ma trận lọc sau xoay 0 ¼ 0 ¼ Ảnh kết sau lọc 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ¼ 0 0 0 0 ¼ 0 0 0 0 ¼ ¼ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Bài tập 11: Xử lý ảnh lọc trung bình cộng có kích thước x Các điểm ảnh ngồi có giá trị Ảnh gốc Ma trận lọc tb cộng Ảnh kết (lọc tb cộng) 9 1 3 1 4 1 Các loại ma trận lọc Lọc trung bình cộng: Đặt ma trận lọc vào ảnh gốc, tính tổng mức chói điểm ảnh nằm ma trận lọc chia số điểm ảnh xét (kích thước ma trận lọc), kết đặt trọng tâm ma trận lọc Lọc trung vị: Đặt ma trận lọc vào ảnh gốc, xếp mức chói nằm ma trận lọc theo mức chói tăng dần, lấy giá trị mức chói dãy số đặt vào trọng tâm ma trận lọc Nếu chuỗi số chẵn cần quy định trước trọng tâm ma trận lọc đâu ? ? ? Lọc giả trung vị: Đặt ma trận lọc vào ảnh gốc, lấy mức chói lớn nhỏ nằm ma trận lọc chia 2, kết đặt trọng tâm ma trận lọc Lọc cực đại: Đặt mà trận lọc vào ảnh gốc, lấy mức chói lớn ma trận lọc đặt vào trọng tâm ma trận lọc Lọc cực tiểu: lấy giá trị mức chói nhỏ Lọc nét ảnh tốn tử Laplace: Lọc ảnh bẳng ma trận lọc bên Nhân hệ số ma trận cho mức chói nằm ma trận lọc tính tổng Kết đặt trọng tâm ma trận lọc Điểm ảnh trọng tâm (kết quả) = 5Z5 – (Z2 + Z4 + Z6 + Z8) Z1 Z2 Z3 -1 Z4 Z5 Z6 -1 -1 Z7 Z8 Z9 -1 10 Phương pháp nén ảnh tĩnh chuẩn JPEG f  i, j  F  u, v  Fq  u, v  Ảnh gốc tách thành khối ảnh có kích thước x (64 mẫu) DCT (Discrete Cosine Transform): Biến đổi liệu từ miền khơng gian sang miền tần số Lượng tử hóa (khơng đồng đều): Để thực trình nén liệu, ma trận hệ số triển khai sau DCT phải chia cho bảng trọng số Q (u,v) để loại bỏ phần hệ số DCT có biên độ nhỏ (thường thành phần cao tần) Quét zig-zag: Mục đích làm tăng tối đa độ dài chỗi giá trị liên tiếp Như vậy, hiệu nén dùng mã RLC tăng Hệ số DC: hệ số có tọa độ (0,0) Hệ số AC: 63 hệ số lại trừ tọa độ (0,0) DPCM: Mã hóa hệ số DC RLC: Mã hóa loạt dài, bao gồm từ mã Huffman giá trị biên độ (nhị phân) hệ số AC Mã hóa Entropy: Mã hóa theo xác suất xuất mẫu  ... điểm ảnh => Số điểm ảnh mức chói: x 48 = 96 Mơ tả ảnh gốc Lược đồ xám ảnh gốc Lược đồ xám chuẩn ảnh gốc Xác suất xuất điểm ảnh mức chói: 96 / (128 x 48) = 1/64 Đặc tuyến biến đổi ảnh gốc sang ảnh. .. ¼ Ảnh kết sau lọc 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ¼ 0 0 0 0 ¼ 0 0 0 0 ¼ ¼ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Bài tập 11: Xử lý ảnh lọc trung bình cộng có kích thước x Các điểm ảnh ngồi có giá trị Ảnh. .. nằm khoảng [10 – 19] Vẽ đặc tuyến hàm biến đổi, lược đồ xám chuẩn ảnh kết ảnh gốc Mô tả ảnh có lược đồ xám giống ảnh gốc Giải bits/mẫu => 26 = 64 mức chói (0 -> 63) Kích thước ảnh 128 x 48 pixels